Découpe laser fibre à grande échelle

Le nouveau découpeur laser à fibre de Chicago Metal Fabricators n'est pas une machine de type portique. L'axe X est une structure en acier qui s'étend au milieu de la chambre de coupe. Il est conçu pour fournir plus de soutien à la tête de coupe à grande vitesse. Il permet également un accès sur toute la longueur du lit de découpe laser.

Niché du côté sud-ouest de la ville, Chicago Metal Fabricators travaille depuis plus de 100 ans. Mais même à cet âge, il a montré une volonté d'adopter la dernière technologie, plus récemment l'une des plus grandes machines de découpe laser à fibre aux États-Unis.

Si vous voyagiez dans le quartier du fabricant, qu'il partage avec des bungalows de style Chicago et d'autres maisons unifamiliales, vous pourriez être surpris par la taille de l'installation du fabricant. Il couvre 200 000 pieds carrés, soit environ la moitié d'un pâté de maisons. Depuis sa fondation en 1908, le bâtiment s'est agrandi d'une pièce à la fois. Les pièces aux murs de briques cèdent la place à d'autres pièces aux murs de briques jusqu'à ce que vous arriviez à de plus grandes baies à l'arrière de l'installation.

Au début du 20e siècle, Chicago Metal Fabricators fabriquait des armoires et des conduits en métal, à l'aide de presses alimentées par des poulies d'arbre de transmission et des volants d'inertie fixés près du plafond; en fait, quelques-uns occupent toujours les mêmes endroits qu'il y a près d'un siècle, un clin d'œil au passé manufacturier de l'entreprise. Aujourd'hui, elle se spécialise dans les composants lourds et les gros assemblages allant du calibre 16 jusqu'aux tôles de 3 pouces. Jusqu'à 300 emplois peuvent être ouverts dans l'atelier à tout moment.

"Nous avons des zones pour les grosses fabrications lourdes", a déclaré Randy Hauser, président de Chicago Metal Fabricators. "Évidemment, en tant que fabricant de métal, vous aimeriez avoir de longues baies, mais ce n'est pas vraiment le cas. Nous avons de grandes baies à l'arrière, mais ce que nous avons, ce sont beaucoup de grandes pièces. Nous utilisons donc les pièces pour être un peu plus cellulaires.

"Par exemple, nous effectuons notre fabrication d'acier inoxydable dans des pièces isolées pour éviter la contamination par le carbone. Ensuite, nous effectuons beaucoup de travaux et d'assemblages légers dans certaines des autres pièces", a-t-il poursuivi. "Nous cellularisons notre travail de cette façon. Cela profite de la situation que nous avons."

Comme le type de travail de fabrication a évolué au fil des ans, la clientèle a également évolué. Chicago Metal Fabricators fournit désormais des pièces métalliques aux industries de l'aérospatiale, de l'assistance au sol des compagnies aériennes, de la construction, des chemins de fer et du traitement de l'eau. Certains travaux sont très élaborés, comme un composant aérospatial de 12 tonnes en 6 pouces. Acier A514 qui nécessitait un contrôle thermique complexe et une inspection par particules magnétiques à chaque passe de soudure après une période de maintien de 24 heures. L'époque de la fabrication de conduits simples dans l'installation du côté sud-ouest est révolue.

Hauser a déclaré que bien que ces grandes fabrications et ces soudures complexes représentent un pourcentage important des activités de l'entreprise, elle effectue encore un peu de travail de tôlerie. Il a estimé qu'il représente encore environ un tiers de l'activité globale.

C'est pourquoi les nouvelles capacités de découpe au laser étaient si importantes pour l'entreprise alors qu'elle cherchait des opportunités futures.

Chicago Metal Fabricators s'est lancée dans la découpe laser en 2003. Elle a acheté une machine de découpe laser CO2 de 6 kW avec un banc de découpe de 10 pieds sur 20 pieds.

"Ce que nous avons aimé, c'est qu'il pouvait gérer des tôles plus grosses et plus lourdes, mais nous avons également une bonne quantité de tôle", a déclaré Hauser.

Nick DeSoto, ingénieur de projet pour Chicago Metal Fabricators, vérifie la nouvelle machine de découpe laser à fibre pendant qu'elle termine un travail.

Le fabricant s'est attaché à la maintenance, de sorte que le laser CO2 est toujours en mesure de fournir des pièces découpées de qualité. Mais il faut pas mal de connaissances pour s'assurer que le laser coupe correctement pour répondre aux spécifications de qualité. De plus, la maintenance de routine du trajet du faisceau nécessite également que la machine soit hors ligne pendant de longues périodes.

Hauser a déclaré qu'il gardait un œil sur la technologie de découpe au laser à fibre depuis plusieurs années, mais qu'il ne voulait poursuivre la technologie qu'une fois qu'elle aurait fait ses preuves. Entre-temps, il avait reçu des commentaires positifs de sources fiables et il avait vu comment la conception de la tête de coupe avait évolué pour permettre aux lasers à fibre de couper des métaux encore plus épais que les générations précédentes de la technologie ne pouvaient gérer.

De plus, il voulait trouver un fabricant qui serait ouvert à la construction d'une table de découpe personnalisée de 10 pieds sur 30 pieds. La plus grande table standard mesure environ 6 pieds sur 26, mais Chicago Metal Fabricators dispose de deux presses plieuses de 30 pieds de long, dont la plus grande fournit 1 500 tonnes de force de flexion.

"Pourquoi acheter un laser de 26 pieds, car vous savez que la prochaine commande que nous recevrons concernera une pièce de 27 pieds", a déclaré Hauser, reconnaissant que la société disposait en fait de 27 pieds. pièces dans l'atelier ce jour-là.

Alors que la recherche d'un laser à fibre devenait plus sérieuse, un vendeur de machines-outils a recommandé à Hauser de se tourner vers CYLASER. Après avoir pris connaissance du lien de longue date de l'entreprise avec la technologie laser à fibre et de son expérience dans la construction de grandes machines de découpe, Hauser savait qu'il avait trouvé un nouveau fournisseur de technologie.

CYLASER était un fabricant de machines à souder sur mesure avant de se lancer dans le monde de la découpe des métaux. Il est situé à proximité de l'usine de fabrication italienne d'IPG Photonics, un important fournisseur de sources d'alimentation laser à fibre pour les constructeurs de machines-outils du monde entier. Cette proximité a incité les deux entreprises à développer une relation technique forte au fil des années, selon les responsables de l'entreprise.

Au début des années 2000, IPG commençait à proposer des lasers à fibre de haute puissance destinés au marché du soudage. Il a proposé un générateur à CYLASER pour essayer, et cela a séduit les développeurs de produits de l'entreprise. Peu de temps après, CYLASER a acheté sa propre source d'alimentation laser à fibre et a commencé à l'utiliser pour des applications de découpe de métaux.

En 2005, CYLASER a installé sa première machine de découpe laser dans un atelier de fabrication à Schio, en Italie. À partir de là, l'entreprise a développé une gamme complète de machines de découpe 2D, une machine combinée pour la découpe 2D et la découpe de tubes, et une machine de découpe de tubes autonome.

Le fabricant avait construit de très grandes machines de découpe laser à fibre en Europe, et la façon dont il s'adaptait au mouvement de l'axe X de la tête de coupe a suscité l'intérêt de Hauser. Cette machine de découpe laser à fibre ne disposait pas d'un système de portique conventionnel pour déplacer la tête de découpe sur le grand lit de découpe ; au lieu de cela, il a utilisé une approche «structurée en avion».

Étant donné que les lasers à fibre n'ont pas besoin d'un chemin de miroirs pour être alimentés le long du pont de portique conventionnel, CYLASER était libre de trouver une autre façon de déplacer la tête de découpe laser. Sa conception de structure d'avion imite une aile d'avion, sur laquelle la structure de support principale s'étend au milieu de l'aile. Dans la conception de la machine de découpe laser, l'axe X se compose d'une structure aérienne en acier, qui a été soulagée et usinée avec précision. Il descend au milieu de la chambre de coupe. La structure en acier abrite également les systèmes de crémaillère et de guidage de précision. Sous l'axe X, l'axe Y est relié par quatre packs de roulements de précision. Cette configuration est conçue pour limiter toute flexion pour l'axe Y. L'axe Z et la tête de coupe sont montés sur l'axe Y.

Cette pièce longue, utilisée pour loger les câbles dans les bâtiments tertiaires, a été découpée sur la nouvelle machine de découpe laser à fibre et pliée sur la grande presse plieuse de l'entreprise.

Hauser a déclaré que les conceptions de portiques grand format sur une table de 10 pieds de large comportent une bonne dose d'inertie.

"Je ne suis tout simplement pas un grand fan des grands portiques pour la tôle lorsque vous coupez à grande vitesse et que vous travaillez sur de petites fonctionnalités", a-t-il déclaré.

La conception de la structure de l'avion permet à un fabricant d'accéder aux deux côtés et à toute la longueur de la chambre de découpe laser. Cette conception flexible permet également à un fabricant de placer les commandes de la machine presque n'importe où autour de la machine.

Chicago Metal Fabricators a obtenu sa machine de découpe laser à fibre de 8 kW en décembre 2018. Elle dispose d'un double changeur de palettes, de sorte qu'un opérateur peut retirer des pièces du squelette précédent et charger le prochain flan pendant que la machine travaille sur un autre travail. L'opérateur peut également accéder au laser par le côté s'il souhaite un accès rapide, comme jeter un reste sur le lit de coupe pour un travail rapide.

Le laser à fibre est opérationnel depuis février, avec l'aide de l'ingénieur de projet de Chicago Metal Fabricators Nick DeSoto, qui a également joué un rôle clé dans l'apport de l'ancienne machine de découpe laser CO2 de l'entreprise et son fonctionnement au fil des ans. Hauser a déclaré que les performances du laser répondent aux attentes.

"Ce que nous avons trouvé sur notre ancien laser, c'est que lorsque vous dépassez trois quarts de pouce, un laser peut le couper, mais c'est alors plus un problème de qualité du bord de la plaque", a-t-il déclaré. "Ainsi, lorsque nous arrivons à cette plage, notre machine de découpe plasma haute définition convient à la plupart de ces applications.

"Nous lançons une large gamme de types de matériaux, de calibre 16 à 0,75 pouce, sur ce nouveau laser", a déclaré Hauser.

La tête de coupe CYLASER est conçue pour fournir des résultats de coupe de haute qualité sur différents types de métaux d'épaisseurs variables. La fonction Vortex module la puissance du faisceau en conjonction avec le débit et la pression du gaz d'assistance, ce qui entraîne une réduction des stries et une apparence plus uniforme sur les bords découpés au laser, en particulier sur l'acier inoxydable de 0,3125 po ou plus. Vega est le nom donné à la fonction de modification du mode faisceau de la tête de coupe, qui ajuste la taille du faisceau pour des conditions de coupe optimales dans différents scénarios.

Chicago Metal Fabricators, qui traite une bonne quantité d'aluminium et d'acier inoxydable, a déplacé une grande partie de ce travail vers la nouvelle machine de découpe au laser. Hauser a déclaré que la machine a vraiment fait ses preuves lors de la coupe de pièces d'aluminium épaisses, généralement jusqu'à 0,375 po. Les résultats ont été "très bons", a-t-il déclaré.

Au cours des derniers mois, le fabricant a utilisé le nouveau laser à fibre deux équipes par jour et six jours par semaine. Hauser a estimé qu'elle fonctionnait deux fois plus vite que son ancienne machine de découpe laser CO2.

"Je me sens à l'aise avec cette technologie", a déclaré Hauser. "Nous n'avons qu'à changer l'objectif une fois par an, et la maintenance représentera probablement 30 % de ce que représente notre CO2. Les temps de disponibilité [sur le nouveau laser] ne pourraient pas être meilleurs."

Grâce aux performances et à la taille de sa nouvelle machine de découpe laser à fibre, Chicago Metal Fabricators dispose désormais de nouvelles capacités qui, selon elle, l'aideront à diversifier davantage sa clientèle. Ce n'est pas une hyperbole de dire que c'est un gros problème.

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