Gemeinsame Linienlaserschneid-Komplettlösung zur Abfallreduzierung

Linienlaserschneiden ist eine präzise Technologie zur Blechbearbeitung. Sie behebt mehrere Nachteile des traditionellen Laserschneidens, darunter geringe Blechausnutzung, hohe Ausschusskosten und hohe Durchstoßverluste . Durch die gemeinsame Nutzung des Schnittpfads werden Sicherheitslücken zwischen den Teilen vermieden. So lässt sich die Ausnutzung von Standardblechen (1500 mm × 3000 mm) auf über 88 % steigern und gleichzeitig die Anzahl der Durchstoßverluste um 40 % reduzieren. Neben der drastischen Senkung der Rohmaterialkosten erfüllt das Verfahren weiterhin die hohen Toleranzanforderungen der Automobilindustrie von ±0,03 mm hinsichtlich Maßhaltigkeit und Position .

Im nächsten Schritt erfahren Sie mehr über die Steuerungslogik und die Implementierungsmethoden dieser Technologie für Ihre Fertigungsprojekte, um drastische Kosteneinsparungen zu erzielen.

Überblick über die Kerntechnologie des Linienlaserschneidens

Wichtigste Erkenntnisse

• Kernverfahren: Das gemeinsame Linienschneiden ist eine Technik, bei der die Kanten zweier benachbarter Teile gleichzeitig geschnitten werden. Dadurch wird nicht nur der Verschnitt vermieden, sondern auch die Anzahl der Perforationen um mehr als 40 % reduziert .
• Technische Schwelle: Die genaue Bestimmung der Laserstrahlkompensation (üblicherweise 0,2 mm) ist der erste Schritt, dann muss eine thermisch-dynamische Pfadplanung auf Mikrometerebene strikt durchgeführt werden: zuerst das innere Loch, dann die Kollinearität, zuletzt die Peripherie.
• Qualitätssicherung: Durch die Hinzunahme von Algorithmen zur Spannungskompensation und die Konstruktion von Mikroverbindungen in der Blechkonstruktion für die Fertigung beseitigt die kollineare Bearbeitung jegliche Fehler, die sich entlang der Maßkette ansammeln könnten , und gewährleistet so, dass die geometrischen Toleranzen stabil innerhalb des Automobilstandards von 0,03 mm eingehalten werden.

Warum LS Manufacturing für Laserschneiddienstleistungen wählen? Unsere Expertise in der Abfallreduzierung

LS Manufacturing ist ein führender Hersteller von Präzisionsblechteilen und liefert seit über 20 Jahren konstant hohe Qualität. Dank dieser langjährigen Erfahrung können wir unseren Kunden durch ausgereifte Verfahren zur Abfallreduzierung die Rohmaterialkosten deutlich senken . Ein dreimonatiger Test an einem Strukturbauteil für ein Elektrofahrzeug zeigte, dass die Abfallverluste durch herkömmliche Verschachtelungsmethoden bis zu 35 % der Gesamtprojektkosten ausmachten, während ein optimiertes Kollinearitätsverfahren diesen Wert auf unter 12 % reduzierte . Das Produktionssystem von LS Manufacturing ist nach IATF 16949 für die Automobilindustrie zertifiziert, und die entsprechenden Prozessparameter wurden in Serie gefertigt und validiert.

Unsere Entwicklungsabteilung verfügt über mehr als acht Jahre Erfahrung in der Forschung und Entwicklung von Laserprozessen und kann dadurch maßgeschneiderte, optimale Layoutlösungen auch für Bauteile aus unterschiedlichen Materialien und mit verschiedenen Dicken entwickeln. Dies hilft, Probleme zu vermeiden, die bei anderen Herstellern häufig auftreten, wie Maßabweichungen und thermische Verformungen nach der Koproduktion.

Wir verwenden eine eigens entwickelte Kostenberechnungsformel: Ausschussprämie pro Blech = (Kosten pro Blech / Ausschussanteil) / Anzahl der fehlerfreien Teile pro Blech. Diese Formel ermöglicht uns die präzise Berechnung des Kosteneinsparungspotenzials jedes Projekts. Unser Ausschussmanagement entspricht den Umweltmanagementnormen der ISO 14001 und gewährleistet die Einhaltung umweltfreundlicher Produktionsvorgaben bei gleichzeitiger Kostenreduzierung.

Unser ausgereiftes Prozesssystem und unsere Erfahrung in der Serienfertigungsprüfung helfen Ihnen, die mit der Koproduktion verbundenen Qualitätsrisiken schnell zu minimieren. Sie können uns Ihre bestehenden Teilezeichnungen zukommen lassen, und unsere Ingenieure erstellen Ihnen kostenlos eine Blechkonstruktion zur Fertigungsbewertung sowie erste Kostenreduzierungsberechnungen , die das Optimierungspotenzial Ihres Prozesses deutlich aufzeigen.

Warum verursacht die Standardverschachtelung übermäßigen Materialverschnitt bei kundenspezifischen Laserschneiddienstleistungen?

Beim kundenspezifischen Laserschneiden entsteht durch die herkömmliche Anordnung aufgrund des 3–5 mm breiten Sicherheitsabstands eine große Menge an netzartigem Restmaterial . Jede Perforation verbraucht zudem zusätzliches Gas und verursacht Wärmeverluste an den Kanten – ein grundlegender Prozessfehler, der zu einer geringen Ausnutzung hochwertiger Bleche führt.

Analyse des Abfallanteils aus Isolierzonen mit dicken Platten

Bei der Bearbeitung von Edelstahl oder Aluminiumlegierungen mit einer Dicke von mehr als 3,0 mm muss zwischen zwei Werkstücken ein Prozessisolationsabstand von mindestens dem 1,0- bis 1,5-Fachen der Blechdicke eingehalten werden. Diese Maßnahme zur Spaltkontrolle beim Laserschneiden ist branchenweit Standard, um die Bildung von Wärmeeinflusszonen und damit die Qualität der Schnittkanten zu verhindern .

Schrottmaterialien werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt:

1. Sicherheitsabstandsmaterial zwischen den Teilen: Es macht 40-50 % des gesamten Ausschusses aus und ist der Hauptgrund, der in kollinearen Prozessen beseitigt werden kann.
2. Randabfall von Blechen: macht 20-25 % des gesamten Abfalls aus, ist aber durch die Spezifikationen des Blechs und der Teile begrenzt.
3. Ausschuss beim Stanzen von Innenlöchern: Dieser Anteil beträgt je nach Teilestruktur 25 bis 35 % des gesamten Ausschusses.

Diffusionsmechanismus der Wärmeeinflusszone von Perforationen und Berstlöchern

Die individuelle Anordnung erfordert für jedes Teil eine Perforation, wodurch sich die Anzahl der Perforationen verdoppelt. Dies führt zu schnellerem Düsenverschleiß und verstärkter thermischer Verformung. Eine ungeeignete Stanzreihenfolge beim Laserschneiden erhöht den Verschleiß der Anlage zusätzlich. Der Rückfluss aus den Berstlöchern vergrößert die Wärmeeinflusszone, verändert das Mikrogefüge dünnwandiger Bereiche, reduziert die Oberflächenhärte und beeinflusst die Montageabmessungen . Die herkömmliche Anordnung ähnelt dem Zeichnen eines Rasters mit breiten Rändern auf Papier: Die Ränder sind ungenutzt, und jedes Rasterfeld muss neu gestanzt werden – ein ineffizientes und fehleranfälliges Verfahren.

Abbildung 1: Präzisions-Faserlaserschneidkopf im Einsatz, der Blech mit glühenden, geschmolzenen Resten durchtrennt.

Wie erhöhen gemeinsam genutzte Werkzeugwege die Materialausbeute und tragen so zu einer besseren Reduzierung des Ausschusses bei?

Kernstück der Lösung zur Abfallreduzierung ist das kollineare Laserschneiden. Bei dieser Technik werden die Isolationszonen zwischen den Teilen entfernt, sodass benachbarte Teile entlang desselben Schnittpfads geschnitten werden können. Dadurch lässt sich die Blechausnutzung von üblicherweise 65–72 % auf 85–93 % steigern.

Prinzip der geometrischen Effizienzverbesserung durch kollineare Verschachtelung

Kollineares Schneiden entspricht aus geometrischer Sicht einer Verschachtelungsoptimierung. Sobald bei L-förmigen, rechteckigen oder unregelmäßigen Teilen eine lückenlose Kollinearität erreicht ist, kann der verbleibende Maschenabfall vollständig entfernt werden. Dies hängt von der Genauigkeit der Optimierung des Laserschneidlayouts ab.

Die Auswirkungen einer Steigerung der Auslastung bei unterschiedlichen Bauteilformen sind wie folgt:

Kostensenkungshebeleffekt der Einplatinenproduktion

Bei einem Standard-Metallblech von 1500 mm × 3000 mm lässt sich die Teileausbeute durch eine kollineare Anordnung steigern. Die Kosteneinsparungen durch die Reduzierung des Ausschusses schlagen sich im Stückpreis nieder . Ein bewährtes Verfahren zur Verbesserung der Laserschneidausbeute kann die Kostensenkung deutlich erhöhen.

Die Kostenreduzierung erfolgt im Wesentlichen auf drei Wegen:

• Durch eine effizientere Nutzung von Blech kann der Anwender die Beschaffungskosten pro Teil senken.
• Eine Verringerung der Anzahl der Perforationen führt zu einem geringeren Materialverbrauch und einer kürzeren Bearbeitungszeit .
• Eine Verringerung des Abfallaufkommens kann die Kosten für Abfallentsorgung und Recyclingmanagement senken.

Kollineares Schneiden ermöglicht es benachbarten Zellen, eine gemeinsame Schneide zu nutzen, wodurch Platz gespart und mehr Teile bearbeitet werden können. Im „Whitepaper zur Kostenreduzierung beim kollinearen Schneiden“ finden Sie weitere Daten zu Materialverschwendung in der Branche sowie Fallstudien zur Materialoptimierung. So verstehen Sie den Nutzen dieses Verfahrens vollständig.

Wie passen wir die Schnittfugenkompensation an, um die Toleranzen in Ihrem Laserschneidservice einzuhalten?

Für Laserschneiddienstleistungen erfordert das kollineare Schneiden eine genaue Spotradius- und Bahnkorrektur, die von einem Laserstrahldurchmesser von 0,15 mm bis 0,25 mm abhängt , andernfalls könnten beide kollinearen Teile gleichzeitig Maßfehler aufweisen.

Mathematisches Offset-Modell für kollineare Schnitte

Während sich der Laserstrahl entlang der kollinearen Bahn bewegt, überlappen sich die äußeren und inneren Konturen der linken und rechten Seite. Um dies zu kompensieren, ist eine dynamische Bahnkorrektur im Mikrosekundenbereich mithilfe von Software wie Sigmanest oder Radan erforderlich. Entscheidend ist die präzise Berechnung des Versatzes beim Laserschneiden .

Die Entschädigung erfolgt nach drei Regeln:

1. Der Teil auf der linken Seite des kollinearen Pfades ist um die halbe Schnittfugenbreite entlang seiner äußeren Kontur versetzt.
2. Der Teil auf der rechten Seite des kollinearen Pfades ist um die halbe Schnittfugenbreite als seine innere Kontur versetzt.
3. Nicht kollineare Kanten unterliegen den üblichen Konturkompensationsvorschriften.

Multi-Parameter-Verknüpfungskompensationskalibrierungsverfahren

Für die Bearbeitung von Präzisionsteilen mit einer Dicke von 0,05 mm müssen Kalibrierung und Kompensation mit Parametern wie Brennweite der Linse, Hilfsgasdruck und Düsenhöhe integriert werden. Dies ist ein Qualitätskontrollprozess im Bereich des Laserschneidens mit hohen Anforderungen. Die Kalibrierung der Schnittfuge ist eine standardisierte Kernaktivität zur Sicherstellung der Toleranzstabilität.

Die Kompensationsparameter für verschiedene Werkstückdicken lauten wie folgt:

Die Messerkompensation ist vergleichbar mit dem Einhalten der Strichstärke beim Zeichnen einer Linie, da sonst die Bauteilmaße abweichen. Bei kollinearen Bauteilen sind beide Seiten betroffen.

Abbildung 2: Ordentlich gestapelte Haufen flacher, lasergeschnittener Metallrohlinge und Dichtungen, bereit für den nächsten Fertigungsschritt.

Wie kontrollieren Techniker den thermischen Verzug, um unsere Laserschneidtechniklösung zu optimieren?

Die Laserschneidtechnik steht vor einer großen Herausforderung: der Kontrolle der thermischen Verformung. Beim gemeinsamen Bahnverfahren entstehen oft sehr lange und durchgehende Schnittlinien , die punktuell zu starker Erwärmung führen. Um diese thermische Verformung zu verhindern, muss der Wärmeableitungspfad optimiert und physikalische Mikroverbindungen müssen hergestellt werden.

Analyse des thermischen Ausdehnungsverhaltens beim kontinuierlichen Schneiden

Das kontinuierliche Schneiden eines langen Metallblechs in einer geraden Linie kann zu einer Freisetzung von Restspannungen und einer thermischen Ausdehnung im Metall führen – ein altes Problem bei der Lösung von Laserschneidproblemen.

Sobald die Schnittlänge in einer Richtung 500 mm überschreitet, beginnt sich die Blechkante im Mikrometerbereich zu verformen oder zu verdrehen , was zu Kollisionen mit dem Laserkopf führen kann. Unsere Messungen haben gezeigt, dass die Kantenverformung nach einem 500 mm langen Schnitt in 2 mm dickem Aluminium bis zu 0,12 mm betragen kann – ausreichend, um Maßabweichungen zu verursachen.

Exklusive Lösung von LS Manufacturing zur Kontrolle thermischer Verformung

Wir haben eine Lösung für thermische Verformung entwickelt, die auf einem dreistufigen technischen Ansatz basiert. Dazu gehört ein von LS Manufacturing entwickelter und optimierter Parameter: eine 0,4 mm Mikroverbindung alle 80 mm. Diese lasergeschnittene Mikroverzahnung bietet einen guten Schutz vor Verformung der Aluminiumlegierung.

• Segmentiertes, gestuftes, asynchrones Schneiden: Unterteilt die langen, kollinearen Abschnitte in kleinere Intervalle und verhindert so eine Wärmeentwicklung.
• Beibehaltene Mikroverbindungen: Die Größen sind im Bereich zwischen 0,4 mm und 0,6 mm fixiert, da ein Zugspannungsausgleich zur Vermeidung von Verformungen genutzt wird.
• Optimierte Brennerpfadpriorität: Zuerst werden die inneren Lochgruppen bearbeitet, dann die lokalen kollinearen Abschnitte und schließlich die äußere Anordnung.

Die Kontrolle thermischer Verformung ähnelt dem portionierten Backen von Lebensmitteln, wobei gleichzeitig das Blech fixiert werden muss, um Verformungen durch Hitze zu vermeiden. Steht Ihr Projekt vor der Herausforderung der thermischen Verformung dicker, kollinearer Platten, können Sie eine individuelle Beratung mit einem Verfahrenstechniker vereinbaren, um gezielte Optimierungsvorschläge zu erhalten.

Abbildung 3: Große industrielle Laserschneidmaschine bei der Bearbeitung von Blechen mit komplexen Gittermustern und Löchern.

Welche Teilegeometrien eignen sich ideal für die Umgestaltung einer kompletten Laserschneidlösung?

Eine Komplettlösung für das Laserschneiden ist eine Option, die nicht für alle Teile erforderlich ist. Sie eignet sich ideal für geradlinige, regelmäßige Polygone oder unregelmäßig geformte, gestanzte/bearbeitete Blechteile, die sich komplementär anordnen lassen.

Teileeigenschaften, die für die kollineare Bearbeitung geeignet sind

Aus Sicht des DFM-Designs eignen sich für die kollineare Bearbeitung am besten Teile mit linear ausgerichteten Kanten, Stufenfugen und komplementären Dreiecksformen. Diese bilden auch die Grundlage für die Neugestaltung einer umfassenden Laserschneidlösung . Durch die präzise Anpassung der Laserschneidgeometrie lassen sich die Kosteneinsparungen deutlich steigern. Konstrukteure können die Form des Teils minimal anpassen, sodass es der kollinearen Konfiguration entspricht und die Kosten somit direkt an der Quelle optimiert werden.

Typische Optimierungsrichtungen sind:

1. Große abgerundete Ecken auf nicht zusammengehörigen Flächen werden in gerade Kanten mit kleinen abgerundeten Ecken umgewandelt , wobei die grundlegende Kollinearität erhalten bleibt.
2. Um Layoutkonflikte zu vermeiden, sollten lokal hervorstehende Teile auf die nicht kollineare Seite verschoben werden .
3. Verwenden Sie ein symmetrisches Design, um spiegelbildliche Ausrichtungen und Verschachtelungen zu vereinfachen.

Kollineare Verarbeitung verbotener Merkmale

Folgende Merkmale sind von der direkten kollinearen Bearbeitung strikt ausgeschlossen: Teile mit abgerundeten Übergangsecken (R > 3 mm), Formteile mit 3D-Reliefs oder Streckflanschen sowie schmale, längliche Bereiche mit einer Wandstärke von weniger als dem 1,5-Fachen der Plattenstärke. Dies entspricht den grundlegenden Grenzen des Laserschneidverfahrens . Wird die Kollinearität erzwungen, verschlechtert sich die Kantenqualität, die Teile können sich verformen oder Ausschuss werden.

Teile mit geraden Kanten lassen sich leicht durch gemeinsame Schnittlinien verbinden ; Teile mit großen abgerundeten Ecken und einer dreidimensionalen Form ähneln hingegen gebogenen Bausteinen, die sich nur schwer passgenau zusammenfügen lassen.

Abbildung 4: Eine Collage, die verschiedene fertige CNC- und lasergeschnittene mechanische Blechkomponenten und Halterungen zeigt.

Wie sollte man CAM-Verschachtelungsalgorithmen prüfen, um die Ausschussreduzierungslösung eines Anbieters zu verifizieren?

Eine Möglichkeit, die Wirksamkeit der Ausschussreduzierungslösung eines Lieferanten zu überprüfen, besteht in der Prüfung seines CAM-Layoutalgorithmus und seines digitalen Prozessmanagements . Der geschlossene Regelkreis mit hochmodernen Algorithmen und automatisierten Anlagen ist die wichtigste Voraussetzung für die kollineare Bearbeitung.

Typische Algorithmusprobleme von Billigherstellern

Typischerweise verfügen kostengünstige Fertigungsbetriebe lediglich über kostenlose Open-Source-Layoutsoftware und keine hochqualifizierten Programmierer . Komplexe Prozesse wie die Überbrückung von Kollinearität und die Kollinearität mehrteiliger Matrizen lassen sich damit kaum bewältigen. Ihre einfache Software zur Verschachtelung von Laserschneidelementen erfüllt keine hohen Anforderungen an die Kollinearität. Diese Hersteller haben häufig mit Problemen wie wiederholtem Schneiden, fehlender Kompensation thermischer Verformungen und überhöhten Layoutraten zu kämpfen, wobei die tatsächlichen Kosteneinsparungen deutlich geringer ausfallen als angegeben.

Hauptaspekte von Beschaffungsprüfungen

Das Einkaufs- und Technikpersonal kann hochwertige Produktionsstätten anhand dreier Kriterien prüfen, um die Umsetzbarkeit der Ausschussreduzierungslösung des Lieferanten sicherzustellen. Eine gründliche Überprüfung der Laserschneidalgorithmen ist ein zentraler Bestandteil der Audits.

1. Kann die Software doppelte Linien automatisch mithilfe eines narrensicheren Algorithmus erkennen und löschen, um Sekundärschäden an den Teilen durch Schneiden zu vermeiden ?
2. Verfügt der Hersteller über 10.000-Watt-Faserlaseranlagen mit extrem hoher Leistung, die eine stabile Kollinearitätsbearbeitung dicker Platten ermöglichen?
3. Bietet der Hersteller in der Musterphase überhaupt DFM-Evaluierungsberichte und Screenshots der Nesting-Rate in Prozent an?

Die Wahl eines Lieferanten ähnelt der Wahl eines Künstlers; hier ist der Layout-Designer der Künstler – gute Hersteller nutzen das Blechmaterial mithilfe professioneller Software optimal aus . Billiganbieter hingegen neigen zu mehr Materialverschwendung und Fehlern.

Wie lässt sich eine Verstärkung der Maßketten über gemeinsame Schnittlinien hinweg bei der Konstruktion von dicken Blechen für die Fertigung verhindern?

Bei der Konstruktion dicker Bleche für die Fertigung rückt das Problem der Maßkettenbildung beim kollinearen Schneiden in den Vordergrund. Ist die Eigenspannung im Blech nicht ausreichend ausgeglichen, führt die kontinuierliche Kollinearität zu Spannungsentladungen im Mikrometerbereich und Materialverschiebungen . Dieses Problem lässt sich durch eine sehr genaue Toleranzvorgabe in Verbindung mit einer Akkumulation von Schnittfehlern entlang des Schnittpfads lösen.

Mechanismus des durch Spannungsfreisetzung verursachten Dimensionskettenfehlers

Wenn mehrere Teile dieselbe Tangente haben, erfährt das Blechgerüst nach dem Schneiden des vorherigen Teils eine leichte Kompression oder Rückfederung durch die Spannungsentlastung. Die kurzzeitige Spannungsentlastung beim Laserschneiden führt zu einer lokalen Verschiebung. Diese Verschiebung liegt üblicherweise im Bereich von 0,05 mm bis 0,15 mm und wirkt sich nicht auf benachbarte Teile aus, was zu einer kumulativen Maßabweichung entlang der gesamten Fertigungskette führt . Bei Lochsystemen, z. B. bei Steckverbindern von Autobatterien, kann dieser Effekt deutlich ausgeprägter sein.

LS-Lösung für Fertigungstoleranzsicherung

Dank der Kerntechnologie werden die Koaxialität und Position kritischer Bohrungen in Automobilqualität innerhalb von 0,03 mm präzise festgelegt . Dies ist auch der Hauptvorteil der SMT-Technologie (Slide-Mount Design for Manufacturing). Die schrittweise Vorkompensation der Laserschneidtoleranzen eliminiert jegliches Risiko von Montagekonflikten.

• Durch die Verwendung einer vom Zentrum nach außen strahlenden Brennerbahn wird ein Gleichgewicht zwischen Spannungsfreisetzung und einseitiger Verschiebungsansammlung geschaffen.
• Es wird ein zweistufiger Toleranz-Vorkompensationsalgorithmus vorgestellt, der die durch Spannungsverschiebungen verursachte Verschiebung während der Programmierphase vorkompensiert.
• Durchführung eines zweiten Präzisionsschneidprozesses, um die kritischen Löcher vollständig vom Einfluss der Schnittspannungsverformung zu befreien .

Wie optimieren wir gebogene Kanten und Mikro-Laschen im Rahmen eines Laserschneid-Designservices?

Ein Laserschneid-Designservice könnte das Kostensenkungspotenzial der kollinearen Bearbeitung für gekrümmte oder unregelmäßige Konturen durch die Rekonstruktion von CAM-Tangentenbahnen und die Anordnung von Prozessverbindungen wirklich erschließen.

Spiegel-kollineare Verschachtelungsmethode für gekrümmte Konturen

Die meisten Ingenieure glauben, nur Teile mit geraden Kanten ließen sich kollinear ausrichten. Das ist falsch und ein häufiger blinder Fleck bei der Optimierung von Laserschneidprozessen. Ausgereifte Verfahren wie das Verschachteln von Laserschneidbögen schöpfen das Kosteneinsparungspotenzial auch bei unregelmäßig geformten Teilen voll aus. Durch Spiegelung von Teilen mit Bogen- oder Evolventenform und gleichem Radius um 180° in entgegengesetzter Richtung lässt sich eine Bogenkollinearität erzielen, wodurch der Materialverlust durch Lücken minimiert wird.

Dynamische Prozesssteuerungslogik an Wendepunkten

Die zentrale Herausforderung bei der Bogenkollinearität liegt in der Stabilität des Wendepunkt-Schnitts . Spannungsrückprall muss durch dynamische Parameteranpassung vermieden werden. Die dynamische Regelung der Laserschneidgeschwindigkeit ist das wichtigste Mittel zur Qualitätskontrolle am Wendepunkt.

Zu den wichtigsten Kontrollpunkten gehören:

1. Am Wendepunkt die Geschwindigkeit verringern und gleichzeitig die Laserleistung reduzieren, um eine gleichmäßige Schnittfuge zu erhalten.
2. Um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, verwenden Sie für das Bogensegment den Modus mit konstanter linearer Geschwindigkeit .
3. Um ein elastisches Zurückfedern nach dem Schneiden zu verhindern, sollten an beiden Enden der Bogenkollinearität sehr kleine Prozessstützen angebracht werden.

Die Kollinearität von Kreisbögen ist vergleichbar mit zwei aneinanderliegenden Kreishälften, die denselben Bogen beschreiben. Durch Anpassen von Drehzahl und Leistung lassen sich saubere, präzise und materialsparende Schnitte erzielen.

Wie kann durch Laserschneiden mit gemeinsamer Linienführung die Gesamtzahl der Durchstiche während des gesamten Verschachtelungsprozesses reduziert werden?

Der grundlegende Vorteil des Linienlaserschneidens liegt darin, dass die Schnittwege benachbarter Bauteile kombiniert werden . Es ist möglich, mehrere Kanten in einem einzigen Stanzvorgang zu schneiden. Dadurch lässt sich die Gesamtzahl der für eine ganze Platte erforderlichen Stanzvorgänge um mehr als 40 % reduzieren.

Analyse der direkten und indirekten Kosten sowie des Verschleißes des Stanzprozesses

Das Durchstechen gilt als der zeitaufwändigste Teil des Bearbeitungsprozesses. Neben der Verzögerung von 0,5–2 Sekunden durch das Durchstechen von Platten mittlerer Dicke aufgrund der Luftzufuhr verursacht es den größten Verschleiß an den Verschleißteilen (Düse und Keramikring). Es ist bekannt, dass häufiges Durchstechen den Verschleiß der Laserschneiddüse verstärkt und die Wahrscheinlichkeit eines Lochbruchs sowie eines Rückflusses, der die Linse verunreinigt, erhöht, was letztendlich zu höheren Wartungskosten führt.

Hier ein Vergleich der Perforationseffizienz bei unterschiedlichen Plattenstärken:

Pfad zur Effizienzsteigerung beim kollinearen Schneiden

Das LS Manufacturing Engineering-Team kombiniert das „kontinuierliche Schneiden“ mit der „kollinearen“ Technik, um „Einlochdurchdringung und kontinuierliche Drahtzufuhr“ zu realisieren. Diese kohärente Lösung für lasergeschnittene Drahtketten ermöglicht eine maximale Nutzungseffizienz.

Die Optimierung führt zu dreifachen Vorteilen:

• Reduzierte Stanzfrequenz, um 30 % verkürzter Einzelteilbearbeitungszyklus.
• Geringerer Verschleiß empfindlicher Teile wie Düsen und Keramikringe, wodurch deren Lebensdauer verlängert wird.
• Geringeres Risiko von Lochfraß, was wiederum die Linsenverschmutzung und die Wartungskosten der Geräte reduziert .

Fallstudie: Wie LS Manufacturing einem Tier-1-Automobilzulieferer durch eine Laserschneidlösung für EV-Batteriekomponenten 14.500 US-Dollar einsparte

Diese Fallstudie beschreibt, wie LS Manufacturing einem Tier-1-Automobilzulieferer helfen konnte, der mit Problemen bei der Reduzierung von Materialverschwendung und Engpässen bei der Einhaltung präziser Maßtoleranzen zu kämpfen hatte. Dies gelang durch die Integration einer Lösung für kollineares Schneiden in die Fertigung von Gehäusen für Hochvolt-Batteriepack-Steckverbinder für Elektrofahrzeuge.

Herausforderung für den Kunden

Ein globaler Tier-1-Automobilzulieferer stand vor dem Problem, 80.000 Schutzgehäuse aus Aluminiumlegierung für Lithium-Ionen-Akkus von Elektrofahrzeugen individuell anfertigen zu müssen. Die Gehäuse bestanden aus der Aluminiumlegierung 5052 mit einer Wandstärke von 2,0 mm. Bei der ursprünglich verwendeten Methode der einteiligen Fertigung kam es immer wieder zu Perforationen und Ausbrüchen in der hochreflektierenden Aluminiumlegierung , was zu Kantenverbrennungen führte.

Das Ausbrennen von Löchern beim Hochfrequenz-Laserschneiden war die Hauptursache für Fertigungsfehler und führte zu einer Blechausnutzung von lediglich 62,8 % . Zweitens verzogen sich die Teile aufgrund von Wärmestau, die Toleranzen des kritischen Lochabstands wurden überschritten, und der Kunde riskierte Produktionsstillstände und Vertragsstrafen.

LS Fertigungslösung

Nachdem unser Ingenieurteam das Projekt abgeschlossen hatte, begannen sie erneut mit der Überprüfung der Blechkonstruktion für die Fertigung.

1. Unsere Ingenieure haben die Komponente der Lösung für kollineares Schneiden von einer 2,0 mm abgerundeten Kante auf eine gerade Kantenführung umgestaltet und die Teile mit einer komplementären Matrixanordnung an das gängige Linienlaserschneidverfahren angepasst.
2. In der Betriebsphase wurde eine 20000-W-Lasermaschine eingesetzt und eine Stickstoffspülung mit 1,2 MPa verwendet, um die 0,15 mm Schnittfugen-Kompensation an den 2,0 mm Schnittkanten des Werkstücks zu erreichen .
3. Ausgehend von der kollinearen Kantenlänge von 400 mm wurde die 0,4 mm Mikroverbindung spiralförmig im Abstand von 80 mm angeordnet, um in Kombination mit dem dynamischen, nachgeschalteten Laserschneidhöhensensor (der 500 Messungen pro Sekunde durchführte) das Verformungsproblem der hochreflektierenden Aluminiumlegierung vollständig zu eliminieren.

Ergebnisse und Nutzen

Durch die Prozessoptimierung konnte die Materialausnutzung von 62,8 % auf 91,2 % gesteigert , die Anzahl der Perforationen um 48 % reduziert und die Bearbeitungszeit um 35 % verkürzt werden. Laser- und Koordinatenmessmaschinenprüfungen bestätigten, dass die Lochabstände und die geometrischen Toleranzen der 80.000 Produkte durchgängig innerhalb von 0,03 mm lagen. Damit erfüllten sie die Anforderungen der IATF 16949 für die Montage in Automobilqualität.

Das Angebot half dem Kunden nicht nur, Produktionsausfälle zu vermeiden, sondern führte auch zu direkten Einsparungen von 14.500 US-Dollar bei der Rohmaterialbeschaffung. Daher entschied sich der Kunde, die Fertigung aller Sonderteile für drei Fahrzeugmodelle an LS Manufacturing auszulagern.

Wenn auch Sie ähnliche Anforderungen an die Kostenreduzierung bei der Präzisionsblechbearbeitung haben, senden Sie uns bitte Ihre Projektzeichnungen und die benötigten Losgrößen. Wir entwickeln für Sie eine maßgeschneiderte Lösung zum Laserschneiden mit gemeinsamer Schnittlinie und erstellen Ihnen ein präzises Angebot, sodass Sie schnell von Kostensenkung und verbesserter Qualität profitieren.

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Sind Laserschneidverfahren mit gemeinsamer Schnittlinie mit allen Arten von Automobilblechwerkstoffen kompatibel?

Dies gilt insbesondere für Werkstoffe wie Edelstahl und Kohlenstoffstahl mit gleichmäßigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, um Schnittgenauigkeit und Oberflächenqualität zu gewährleisten . Beim Schneiden großer Entfernungen in gerader Linie bei hochreflektierenden und wärmeleitenden Werkstoffen wie Messing und Kupfer kann es zu Lichtbogenunterbrechungen und Wärmestau kommen. Daher ist eine Pulsmodulationsbearbeitung von LS Manufacturing erforderlich.

Frage 2: Ab welcher Mindestgröße eines Bauteils kann ich ein Laserschneiddesign mit gemeinsamer Linienverschachtelung erstellen?

Wenn die Länge der kollinearen geraden Kanten der Teile 30 mm überschreitet und die Dicke der Platte zwischen 0,5 mm und 12 mm liegt, kann LS Manufacturing mithilfe unseres firmeneigenen optimierten Verschachtelungsalgorithmus eine flexible, verlustarme, kundenspezifische Lösung für die kollineare Bearbeitung anbieten, die sogar eine Reduzierung der Materialkosten ermöglicht.

Q3: Wie stellen Sie sicher, dass die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit bei gemeinsam genutzten Bahnen mit Ihrer Endlaserschneidlösung nicht beeinträchtigt wird?

Durch den Einsatz einer 10.000 Watt starken Hochleistungslaserquelle, kombiniert mit anderen Maßnahmen wie einem konstanten Stickstoffgasdruck von 1,4 MPa zur gleichmäßigen Spülung, kann beim gleichzeitigen Schneiden zweier Teile eine Oberflächengüte auf beiden Seiten im Bereich von Ra 3,2 μm bis 6,3 μm erzielt werden, die für präzise Montageanforderungen geeignet ist.

Frage 4: Sind die Risiken von Laserkopfkollisionen bei der Verwendung herkömmlicher Linienlaserschneidverfahren im Zusammenhang mit kundenspezifischen Laserschneiddienstleistungen erhöht?

Dieser Prozess führt häufig zu Kollisionen. Dennoch setzt LS Manufacturing bei der Layoutprogrammierung weiterhin auf die Mikroverbindungsfixierung, die in Kombination mit der intelligenten Sprungfunktion und der hochsensiblen Echtzeit-Höhenwinkelerkennung des CNC-Systems zum Einsatz kommt. Darüber hinaus belegt die Serienproduktion den kollisionsfreien, 24/7-Betrieb der Produktionslinie.

Frage 5: Ist es möglich, Teile aus verschiedenen Aufträgen in einem gemeinsamen Verschachtelungsschema zu kombinieren, um den Nutzen der Ausschussreduzierung zu maximieren?

Selbstverständlich lassen sich verschiedene Aufträge kombinieren, was ein wesentlicher Vorteil der digitalen Lieferkette von LS Manufacturing ist. So können wir diverse Kleinserienaufträge aus demselben Material und mit derselben Dicke intelligent gruppieren und verschachteln und unseren Kunden, die kundenspezifische Kleinserien fertigen, helfen, ihre Platinenabschreibungskosten um bis zu 20 % zu senken.

Frage 6: Wie kann die Maßgenauigkeit zweier Teile, die durch eine gemeinsame Schnittlinie getrennt sind, überprüft werden?

Die Schnittfugenbreite von 0,2 mm wird bei der Offline-Programmierung für die tatsächlichen Abmessungen der beiden Teile berücksichtigt. Die Kalibrierung des ersten gefertigten Teils erfolgt mithilfe eines digitalen optischen Projektionsmessgeräts und eines Koordinatenmessgeräts (KMG) und stellt sicher, dass die Abmessungen der beiden Teile symmetrisch und konsistent sind und die Toleranzen den Normen entsprechen.

Frage 7: Beinhaltet Ihre technische Lösung die automatische Eliminierung von Doppellinien in CAD-Zeichnungen?

Die automatische Linieneliminierung ist Teil unseres Systems. Sie müssen uns lediglich Zeichnungen im Standard-STEP- oder DXF-Format senden. Anschließend entfernen die intelligente DFM-Software und die erfahrenen Verfahrenstechniker von LS Manufacturing automatisch die überlappenden Linien und berechnen den optimalen Laserbearbeitungspfad . So entfällt die Erstellung zusätzlicher Zeichnungen.

Frage 8: Welche Angaben benötigen Sie von mir, um eine präzise Preiskalkulation für eine Laserschneid-Lösung zu erhalten?

Stellen Sie uns einfach 2D/3D-Zeichnungen (DXF-, STEP- oder DWG-Format) zur Verfügung, die Materialspezifikationen, Dicke und zu verarbeitende Menge enthalten, und unser Angebotsteam wird Ihnen innerhalb von 24 Stunden ein transparentes Angebot mit vollständigen DFM-Optimierungsvorschlägen zukommen lassen.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Linienlaserschneiden weit mehr als nur grundlegende Layoutmethoden umfasst. Es deckt die gesamte Laserschneidlösung ab – von der Blechgeometrie über die dynamische thermodynamische Kompensation der CNC-Werkzeugmaschine bis hin zum physikalischen Schneiden mit Hochleistungslasern . Großflächige Produktionslayouts, die lediglich die Größe einzelner Teile vergrößern, werden zunehmend ersetzt, da sie die Rentabilität hochwertiger Präzisionsfertigungsprojekte beeinträchtigen. Fertigungsunternehmen können im globalen Wettbewerb der Lieferketten nur bestehen, indem sie die Materialkosten durch hochwertige Blechkonstruktionsstrategien in Kombination mit leistungsstarken, flexiblen Hardwarelösungen minimieren und gleichzeitig Toleranzen von 0,03 mm in Automobilqualität gewährleisten.

Schluss mit unnötigen Kosten für Ausschuss aufgrund ineffizienter Layouts! Befindet sich Ihr Projekt in der Entwicklungs- und Konstruktionsphase für die Umrüstung von Automobil-, Medizin- oder Industrieanlagen, oder sind Ihre Produktionskosten außer Kontrolle geraten? Die Präzisionsblech- und Lasertechnik-Teams von LS Manufacturing bieten Ihnen umfassende technische Unterstützung. Laden Sie einfach Ihre DXF/STEP-Dateien über unseren kostenlosen Evaluierungskanal hoch. Unsere DFM-Berater erstellen Ihnen innerhalb von 24 Stunden eine maßgeschneiderte Lösung zur Kostenreduzierung Ihrer Produktionslinie – inklusive transparenter Preisgestaltung.

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Haftungsausschluss

Die Inhalte dieser Seite dienen ausschließlich Informationszwecken. LS Manufacturing übernimmt keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Gültigkeit der Informationen. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass ein Drittanbieter oder Hersteller über das LS Manufacturing-Netzwerk Leistungsparameter, geometrische Toleranzen, spezifische Konstruktionsmerkmale, Materialqualität und -art oder Verarbeitung bereitstellt. Dies liegt in der Verantwortung des Käufers. Fordern Sie ein Teileangebot an. Geben Sie bitte Ihre spezifischen Anforderungen für diese Abschnitte an. Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen .

LS-Fertigungsteam

LS Manufacturing ist ein branchenführendes Unternehmen mit Fokus auf kundenspezifische Fertigungslösungen. Wir verfügen über mehr als 20 Jahre Erfahrung und betreuen über 5.000 Kunden. Unsere Schwerpunkte liegen in der hochpräzisen CNC-Bearbeitung , Blechbearbeitung , dem 3D-Druck , dem Spritzguss, dem Metallstanzen und weiteren Komplettlösungen für die Fertigung.
Unser Werk ist mit über 100 hochmodernen 5-Achs-Bearbeitungszentren ausgestattet und nach ISO 9001:2015 zertifiziert. Wir bieten unseren Kunden in über 150 Ländern weltweit schnelle, effiziente und qualitativ hochwertige Fertigungslösungen. Ob Kleinserien oder kundenspezifische Großprojekte – wir erfüllen Ihre Anforderungen mit schnellster Lieferzeit innerhalb von 24 Stunden. Entscheiden Sie sich für LS Manufacturing. Das steht für Effizienz, Qualität und Professionalität.
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