buislasersnijden IS SLEUTEL TOT SLIMMER ONTWERPEN
Wanneer de snijkop naast zijn klassieke yz-beweging ook tot 45° kan kantelen, spreken we over 3D-snijden (foto: BLM Group)
Buislasersnijmachines nemen behoorlijk veel plek in en het grote aantal aan te sturen assen maakt ze erg complex en bijgevolg relatief duur. De bewerking van buizen is bovendien minder courant dan die van vlakke platen. Toch zien we hun populariteit toenemen. De voordelen zijn immers legio en bedrijven worden zich daar steeds bewuster van. Sommige buisverbindingen kan je op geen enkele andere manier maken en buislasersnijmachines vormen een slim alternatief voor boor-zaagstraten.
Stijgende vraag
Buislasersnijden kon je tot voor enkele jaren gerust een nichemarkt noemen. Wie een dergelijke machine in huis had, was wellicht een van de enige in de wijde omtrek. Maar daar komt stilaan verandering in. Ingewijden vertellen ons dat de geïnstalleerde basis wereldwijd sinds 2010 verviervoudigd is. Voor een groot stuk heeft dat met kennis te maken: bedrijven raken beter vertrouwd met de technologie en zien er daardoor meer de voordelen van in. Daarnaast zijn buis- of frameconstructies ook voor veel sectoren interessant. Denk aan de meubelindustrie, de automotivesector, machinebouw en landbouwmachines …
Te complex voor zaag-boorstraten
Veel buizen worden nog altijd op de klassieke manier worden bewerkt, met zaag- en boorstraten. Het komt ook voor dat gaten na het op maat zagen van de buizen worden geponst. Die manier van werken komt echter onder druk te staan door de toegenomen vormvrijheid, met name van de gatenpatronen. Elk nieuw gat betekent namelijk een extra manipulatie van de buis en als de vorm van de gaten afwijkt, verhoogt de complexiteit nog meer, zeker als deze bewerkingen nog gevolgd moeten worden door eventueel het tappen of het frezen en je dus ook rekening moet houden met de handling en de logistieke aspecten tussen de verschillende bewerkingen in. Hoe meer de buis gemanipuleerd moet worden en hoe hoger de complexiteit, hoe groter de kans op fouten.
Hoe meer de buis gemanipuleerd moet worden en hoe hoger de complexiteit, hoe groter de kans op fouten
Buislasersnijmachines als oplossing
Deze problematiek stelt zich niet bij buislasersnijmachines. Stel je voor: één machine die al die opeenvolgende bewerkingen kan vervangen. De winst is enorm. Daarbij komt nog dat het buislasersnijden de ontwerper nieuwe mogelijkheden biedt. Sommige innovatieve buisverbindingen zijn simpelweg met geen enkele andere technologie mogelijk. Door slim te ontwerpen kan je het aantal componenten reduceren. Stukken die vroeger uit meerdere elementen bestonden, worden nu in één geheel vervaardigd, of de afzonderlijke buizen klikken gewoon in elkaar. In beide gevallen vergemakkelijkt de assemblage, hoeft er veel minder gelast te worden en wordt ook de nabewerking (slijpen) teruggeschroefd. Uiteindelijk resulteert dat in esthetischere eindproducten.
Basisconfiguratie
Heel eenvoudig uitgelegd bestaat een buislasersnijmachine uit de combinatie van een snijmodule met een buismanipulator of kleminrichting aan het einde van de machine die de buis of koker heen en weer onder de snijkop beweegt en laat roteren. Bij de snijkop bevindt zich voor de nauwkeurige positionering van de buis een ondersteuning. Daartussen zorgt een set van ondersteuningen ervoor dat de te snijden buis op de juiste hoogte, mooi in het midden van de klauwplaat staat. Ze bieden ook extra geleiding. Tot slot heb je de aan- en afvoer van de buizen. Bij de aanvoer moet je onderscheid maken tussen een ketting- en een bundelader. Terwijl die laatste optie de buizen per pakket laadt, gebeurt dat met een kettinglader buis per buis. Het aantal stations is daar ook beperkt, wat een kettinglader minder geschikt maakt voor grote reeksen.
De keerzijde is dat een bundellader minder flexibel is. Sommige constructeurs laten de combinatie van beide laadmogelijkheden toe. Bij de afvoer zijn de mogelijkheden diverser. Ze hangen in grote mate samen met de graad van automatisering en sortering die je wenst.
Je kan je inbeelden dat al die componenten heel wat plaats innemen. Er zijn dan ook fabrikanten die bewust de footprint proberen te beperken door bijvoorbeeld de constructie zo slank en compact mogelijk te houden, of die een frontlader aanbieden die je tegen de wand kan plaatsen, waardoor je minder ruimte verliest. Bij andere fabrikanten kan je dan weer spelen met de plaats van de verschillende elementen, om de machine optimaal te doen passen in de productieruimte.
Technisch complex
Als we inzoomen op het snijproces zelf, dan zien we dat de snijkop in de y- en z-richting beweegt, loodrecht ten opzichte van de lengteas van de buis. In het geval van 3D-snijden is de snijkop zelfs in staat een bijkomende draaibeweging te maken van maximaal 45°. Straks vertellen we waarom dat nuttig kan zijn. Voor het heen en weer bewegen over de x-as (en het roteren) zorgt de kleminrichting, samen met de ondersteuning. De afstemming van die verschillende bewegingen mondt uit in de gewenste contouren en is technisch behoorlijk complex.
Dat wordt het nog meer als de verplaatsing van de snijkop en de buis simultaan gebeuren om de productiviteit te verhogen. Bij heel lange buizen spreken we al snel over de aansturing van 21-assen, die bij de grootste machines worden aangedreven door een totaal van wel 30 motoren. We hebben dus te maken met significante technische uitdagingen.
Daarbovenop komen nog de tolerantiefouten van het materiaal, zoals torsie, banaanvorming en maat- en radiusafwijkingen. Al die ongewenste variaties moeten door de machine worden gedetecteerd en gemeten, zodat de sturing vervolgens kan compenseren.
Maatafwijkingen meten en compenseren
Als de kleminrichting helemaal naar achteren staat, is de machine klaar voor een nieuwe buis. Eens de buis uit de bundel- of kettingslader is genomen en op zijn plaats is gelegd, rijdt de klauwplaat tot tegen de buis aan. Zodra die is gedetecteerd, zal de klauwplaat de buis automatisch klemmen en centreren. Op dat moment worden de dimensies - de buitenafmetingen en de lengte - mechanisch gemeten en vervolgens vergeleken met wat er is ingesteld. Met andere woorden: kloppen de lengte en de radius? Indien nodig compenseert de sturing. Bij complexere profielen zoals asymmetrische vormen (bv. raamprofielen) zal een speciale camera voor de herkenning zorgen, zodat ook deze buizen correct aan de machine worden doorgegeven.
Banaanvorming meten en compenseren
In het ideale geval snijdt men zo dicht mogelijk bij de ondersteuning, anders loop je het risico op banaanvorming of doorbuiging. Dat is ook de reden waarom ten minste één fabrikant bij een doorvoer langer dan 8 m voorziet in een extra ondersteuning. Hoe dan ook: om de doorhanging te meten en te compenseren in de y-as maakt men gebruik van een laserscan die de beide kanten van de buis opmeet.
De productiviteit is veel meer gelinkt aan de snelheid waarmee de buis kan worden gepositioneerd dan aan de snijsnelheid
Lasnaaddetectie
Met het oog op het buigproces, dat meestal volgt op het snijden, kan het belangrijk zijn om de positie van de lasnaad te kennen. Daarnaast is het ook zo dat de wand in de naad gewoonlijk dikker is dan in de rest van de buis, waardoor zich andere snijparameters opdringen als je kwalitatief wil snijden. Net zoals de herkenning van speciale vormen gebeurt lasnaaddetectie opnieuw optisch, met camera’s met beeldherkenning. Dat kan zowel aan de binnen- als aan de buitenkant van de buis, al verdient de eerste misschien de voorkeur zodat de camera aan de binnenkant geen last ondervindt van reflectie of roestvorming.
3D-snijden
Wanneer de snijkop naast zijn klassieke yz-beweging ook tot 45° kan kantelen, spreken we over 3D-snijden. Voor bepaalde toepassingen kan dat best nuttig zijn. Dankzij het onder hoek snijden kan je de verschillende componenten van een buisverbinding bijvoorbeeld nauwer doen aansluiten, maar met name voor lastoepassingen biedt het bevelsnijden veel voordelen. Natuurlijk biedt deze optie ook vormelijk meer mogelijkheden, wat voor jobshops een belangrijk argument kan zijn. Vooral als ze vaak buizen moeten snijden die dikker zijn dan 5 mm.
Andere opties
We kunnen uiteraard niet alle opties aflopen, maar sommige zijn toch interessant genoeg om toch even aan te halen. Er zijn fabrikanten bij wie de laserkop ook in de y-richting over een kleine afstand kan bewegen (30 mm links en rechts). Het voordeel? Bij de bewerking van kleine buizen hoeft alleen de laserkop te bewegen zodat er minder trillingen ontstaan als gevolg van het bewegen van de buis. Een tweede interessante optie is het toevoegen van extra bewerkingen. Denk aan de integratie van een draadvormeenheid. Gekoppeld aan een gereedschapswisselaar kan je op die manier niet alleen NC-gestuurd tappen, via het flowdrill-principe ben je ook in de mogelijkheid om een kraag te maken. Tot slot stippen we nog aan dat ook de combinatie van plaat- en buissnijden bestaat.
Fiber of CO2?
Om te eindigen nog een woord over de laserbron. Wie de ontwikkelingen op vlak van plaatsnijden een beetje volgt, weet dat behalve voor het snijden van dikke platen de fiber de positie van de CO₂ als meest dominante laserbron heeft overgenomen. Dezelfde evolutie lijkt zich te voltrekken bij het buislasersnijdenden. Dat is ook logisch, aangezien het gros van de buizen dunwandig is en er ondanks de veel kortere sneden toch vaak een productiviteitswinst kan worden gehaald. Hogere vermogens zijn voor buislasersnijmachines echter veel minder relevant, omdat de beperking van de machines veeleer te maken heeft met het gewicht per meter van de buis dan met het laservermogen. De productiviteit is ook veel meer gelinkt aan de snelheid waarmee de buis kan worden gepositioneerd dan aan de snijsnelheid.
Met dank aan: BLM Group, Bystronic, LVD en Trumpf
