Comment les ateliers de fabrication de tôlerie peuvent générer des bénéfices en matière de découpe laser

Jun 10, 2023

Les devis basés uniquement sur le temps de découpe au laser peuvent générer des commandes de fabrication, mais ils peuvent également entraîner des pertes d'argent, en particulier lorsque les marges sont minces pour les tôliers.

Du côté de l'offre de machines-outils, nous avons tendance à parler en termes de performances des machines. Quelle est la vitesse de coupe pour l'acier d'un demi-pouce avec de l'azote ? Combien de temps dure le piercing ? Taux d'accélération ? Faisons une étude de temps pour voir à quoi ressemble le temps d'exécution ! Bien que ce soient tous de très bons points de départ, sont-ils vraiment les variables que nous devons peser lorsque nous réfléchissons à la formule du succès ?

Le temps d'exécution est la base sur laquelle repose une bonne entreprise de laser, mais nous devons examiner plus que le temps qu'il faudra pour supprimer un travail. Les devis basés sur rien d'autre que le temps de coupe peuvent vous briser le cœur, surtout lorsque les marges sont minces.

Pour trouver les coûts cachés potentiels de la découpe laser, nous devons examiner l'utilisation de la main-d'œuvre, la disponibilité de la machine, la cohérence du temps d'exécution et de la qualité des pièces, toute reprise potentielle et l'utilisation des matériaux. D'une manière générale, les coûts des pièces se répartissent en trois catégories : l'équipement, les coûts du travail (comme le matériel acheté ou le gaz d'assistance utilisé) et la main-d'œuvre. À partir de là, les coûts peuvent être décomposés de manière beaucoup plus détaillée (voir la figure 1).

Lorsque nous calculons le coût d'un travail ou le coût par pièce, tous les éléments de la figure 1 représentent une partie de la valeur globale. Là où cela devient un peu trouble, c'est lorsque nous abordons un coût dans une colonne sans tenir pleinement compte des ramifications sur les coûts dans une autre colonne.

L'idée de maximiser l'utilisation des matériaux n'est peut-être une révélation pour personne, mais nous devons peser ses avantages par rapport à d'autres considérations. Lors du calcul du coût d'une pièce, nous constatons que dans la plupart des cas, le matériau consomme la plus grande part du gâteau.

Pour tirer le meilleur parti du matériau, nous pouvons mettre en œuvre des stratégies telles que la coupe en ligne commune (CLC). Le CLC permet d'économiser de la matière et du temps de coupe, car une coupe crée deux arêtes de pièce simultanément. Mais cette technique a quelques limites. C'est très dépendant de la géométrie. Les petites pièces sujettes au basculement devront de toute façon être assemblées par onglets pour maintenir le processus stable, et quelqu'un doit se détacher et peut-être ébavurer ces pièces. Cela ajoute du temps et du travail, ce qui n'est pas gratuit.

La séparation des pièces peut être particulièrement ardue pour les matériaux plus épais, et ici la technologie de découpe au laser aide à créer des "nano" onglets à plus de la moitié de l'épaisseur de coupe. Leur création n'a aucun impact sur le temps d'exécution, car la poutre reste dans le trait de scie ; il n'est pas nécessaire de ressaisir le matériau après la création de l'onglet (voir Figure 2). Une telle technologie n'est disponible que sur certaines machines. Cela dit, ce n'est qu'un exemple de la façon dont certaines des dernières avancées ne se limitent plus à réduire la vitesse.

Encore une fois, CLC est très dépendant de la géométrie, donc dans la plupart des cas, nous visons à réduire les largeurs de bande sur un nid plutôt que de les faire disparaître complètement. Le web se rétrécit. Génial, mais qu'en est-il des pièces qui basculent et provoquent une collision ? Les constructeurs de machines-outils proposent diverses solutions, mais une approche accessible à tous consiste à augmenter le décalage des buses.

La tendance de ces dernières années a été de réduire la distance entre la buse et la pièce. La raison en est simple : les lasers à fibre sont rapides et les gros lasers à fibre sont très rapides. L'augmentation impressionnante des performances nécessite une augmentation parallèle des débits d'azote. Un laser à fibre haute puissance vaporise et fait fondre le métal dans le trait de scie beaucoup plus rapidement qu'un laser CO2 ne le pourrait jamais.

Plutôt que de ralentir la machine, ce qui serait contre-productif, on règle la buse par rapport à la pièce. Cela augmente le débit de gaz d'assistance à travers le trait de scie sans augmenter la pression. Cela ressemble à un gagnant, sauf que le laser se déplace toujours très rapidement et que les basculements deviennent plus problématiques.

FIGURE 1. Trois domaines clés influent sur le coût par pièce : l'équipement, les coûts du travail (y compris les matériaux et les gaz auxiliaires utilisés) et la main-d'œuvre. Tous les trois seront responsables d'une partie de la valeur globale.

Si le programme rencontre des difficultés particulières avec les basculements de pièces, il serait judicieux de choisir une technique de coupe utilisant un décalage de buse plus élevé. Le sens de cette stratégie dépend de l'application. Nous devons peser les exigences de stabilité du programme par rapport à l'augmentation de la consommation de gaz d'assistance qui accompagne un décalage de buse plus élevé.

Une autre option pour surmonter le basculement des pièces consiste à incorporer des destructions par slug, créées manuellement ou automatiquement avec un logiciel. Là encore, nous avons un choix à faire. Les opérations de destruction par impulsion augmentent la fiabilité du processus, mais elles augmentent également les coûts des consommables et ralentissent le programme.

La façon la plus logique de décider d'utiliser ou non des destructions par limace est de considérer la probabilité de basculement d'une pièce. Si c'est probable et que nous ne pouvons pas nous programmer en toute sécurité loin d'une collision potentielle, nous avons plusieurs options. Nous pourrions sécuriser les pièces avec des microtabs ou couper la limace et la laisser tomber en toute sécurité.

Si le contour du problème est la pièce entière elle-même, alors nous n'avons vraiment pas d'alternative - nous devrons le tabuler. Si un contour intérieur cause des problèmes, nous devons comparer le temps et le coût de la tabulation par rapport à la destruction des limaces.

Maintenant, la question devient celle du coût. L'ajout d'un microtab rendra-t-il plus difficile de retirer la pièce ou la limace du nid ? Si nous faisons une destruction par limace, nous augmentons le temps de fonctionnement du laser. Est-il moins cher d'ajouter de la main-d'œuvre supplémentaire pour la séparation des pièces, ou est-il moins cher d'augmenter le temps de fonctionnement au taux horaire de la machine ? Compte tenu du taux horaire plus élevé de la machine, cela se résumera probablement au nombre exact de limaces à couper en petits morceaux sûrs.

La main-d'œuvre est un énorme facteur contribuant aux coûts, et il est important de gérer lorsque vous essayez de concurrencer les marchés à faible coût de main-d'œuvre. La découpe au laser implique une main-d'œuvre associée à la programmation initiale (bien que le coût diminue pour les cycles ultérieurs de commandes répétées) ainsi que la main-d'œuvre associée au fonctionnement de la machine. Plus une machine est automatisée, plus la part du taux horaire d'un opérateur laser que nous pouvons appliquer au travail est faible.

"L'automatisation" dans la découpe au laser fait souvent référence à la manipulation et au tri des matériaux, mais il existe d'autres types d'automatisation qui entrent dans un laser moderne. Les machines d'aujourd'hui disposent d'un changement de buse automatisé, d'une surveillance active de la qualité de coupe et d'un contrôle de la vitesse d'alimentation. Il s'agit d'un investissement, mais les économies de main-d'œuvre qui en résultent peuvent en justifier le coût.

Le taux horaire facturé d'une machine laser dépend du débit. Imaginez une machine qui produit en une seule équipe ce qui était produit en deux. Dans ce cas, passer de deux équipes à une peut doubler le taux horaire de la machine. Lorsque chaque machine produit plus, nous réduisons le nombre de machines nécessaires pour effectuer la même quantité de travail. Lorsque nous réduisons de moitié le nombre de lasers, nous réduisons également de moitié nos coûts de main-d'œuvre.

Bien sûr, ces économies disparaissent si notre équipement n'est pas fiable. Diverses technologies de traitement contribuent à maintenir la disponibilité de la découpe laser, notamment la surveillance de l'état de la machine, les inspections automatiques des buses et les capteurs de lumière diffusée qui détectent la contamination sur le verre de protection d'une tête de découpe. Aujourd'hui, nous pouvons utiliser l'intelligence des interfaces machines modernes pour montrer combien de temps nous avons jusqu'au prochain entretien.

Toutes ces fonctionnalités permettent d'automatiser certains aspects de la maintenance des machines. Que nous ayons une machine avec ces caractéristiques ou que nous entretenions l'équipement à l'ancienne (avec de l'huile de coude et une attitude positive), nous devons nous assurer que les tâches d'entretien sont faites, bien faites et faites en temps opportun.

FIGURE 2. Les progrès de la découpe laser continuent de se concentrer sur la vue d'ensemble, pas seulement sur la vitesse de coupe. Par exemple, cette méthode de nano-tabulation - joignant deux pièces coupées le long d'une ligne commune - facilite la séparation des pièces plus épaisses.

La raison en est simple : la machine doit être dans un état de fonctionnement optimal pour maintenir un haut rendement global de l'équipement (OEE) : disponibilité × performance × qualité. Ou, comme le décrit le site Web oee.com, "[OEE] identifie le pourcentage de temps de fabrication qui est vraiment productif. Un score OEE de 100 % signifie 100 % de qualité (uniquement de bonnes pièces), 100 % de performances (aussi vite que possible) et 100 % de disponibilité (pas de temps d'arrêt). " Dans la plupart des cas, atteindre 100 % OEE n'est pas possible. La norme de l'industrie est plus proche de 60 %, bien qu'un OEE typique dépende de l'application, du nombre de machines et de la complexité de l'opération. Quoi qu'il en soit, la perfection OEE est un idéal qui vaut la peine d'être recherché.

Imaginez que nous recevions une demande de devis (RFQ) pour 25 000 pièces d'un grand client bien connu. La sécurisation de ce travail pourrait affecter considérablement la croissance future de notre entreprise. Donc, nous citons 100 000 $ et le client accepte. C'est la bonne nouvelle. La mauvaise nouvelle est que nos marges sont très minces. Pour cette raison, nous devons être certains que notre OEE est aussi élevé que possible. Pour gagner de l'argent, nous devons tout faire pour augmenter les zones bleues de la figure 3 et réduire l'orange.

Lorsque vous travaillez avec des marges minces, tout imprévu peut ronger et même éliminer les bénéfices. Une mauvaise programmation ruine-t-elle mes buses ? Est-ce que de mauvaises règles de coupe contaminent mon verre de protection ? J'ai des temps d'arrêt inattendus et je dois interrompre la production avec une maintenance réactive. Comment cela affectera-t-il la production ?

Une programmation ou une maintenance médiocre peut signifier que le taux d'alimentation auquel nous nous attendions - et utilisé pour calculer mon temps d'exécution total - pourrait être inférieur. Cela réduit notre OEE et allonge le temps de production total, même sans que l'opérateur n'interrompe la production pour jouer avec les paramètres de la machine. Dites adieu à la disponibilité des machines.

De plus, les pièces que nous produisons sont-elles réellement expédiées au client ou certaines pièces sont-elles jetées à la poubelle ? Un score de qualité faible dans le calcul de l'OEE peut vraiment faire mal.

Les coûts de production pour la découpe laser sont beaucoup plus détaillés que la simple facturation du temps laser direct. Les machines-outils modernes offrent une multitude d'options pour aider les fabricants à atteindre les niveaux élevés de transparence nécessaires pour rester compétitifs. Pour rester rentable, nous avons juste besoin de connaître et de comprendre tous les coûts cachés de tout ce que nous payons lorsque nous vendons un widget.

FIGURE 3. Surtout lorsque nous travaillons avec des marges très fines, nous devons minimiser l'orange et maximiser le bleu.