水とレーザーのどちらのカットが最適ですか?

レーザー切断とウォータージェット切断: 2 つの優れたテクノロジーは併用すると効果的ですか? それともソロでプレイするのが最適ですか? これまでと同様、答えは、工場がどのような作業を行っているか、どの材料が最も頻繁に処理されているか、オペレータのスキル レベル、そして最終的には利用可能な設備の予算によって決まります。

各タイプのシステムの主要サプライヤーの調査によると、端的に言えば、ウォータージェットは切断できる材料の点でレーザーよりも安価で、はるかに多用途であるということです。 泡から食品まで、ウォータージェットは並外れた柔軟性を発揮します。 一方、レーザーは、厚さ 1 インチ (25.4 mm) までの薄い金属を大量に生産する場合に、比類のない速度と精度を提供します。

運用コストの観点から見ると、ウォータージェット システムは研磨材を消費し、ポンプの再構築が必要になります。 ファイバーレーザーは初期費用が高くなりますが、古い CO2 レーザーに比べて運用コストは低くなります。 また、オペレータのトレーニングがさらに必要になる場合もあります (ただし、最新の制御インターフェイスでは学習曲線が短縮されます)。 ウォータージェットで使用される最も一般的な研磨剤はガーネットです。 非常にまれなケースですが、酸化アルミニウムのような研磨性の高いものが使用されると、混合チューブとノズルの摩耗がさらに激しくなります。 ガーネットを使用すると、ウォータージェット コンポーネントは 125 時間切断できる可能性があります。 酸化アルミニウムでは約 30 時間しか持続しない可能性があります。

カリフォルニア州ブエナパークのアマダ・アメリカ・インクのレーザー部門製品マネージャー、ダスティン・ディール氏によると、最終的には両方のテクノロジーは補完的なものとみなされるべきだという。

「顧客が両方のテクノロジーを持っている場合、入札できる金額について非常に柔軟になります」とディール氏は説明しました。 「彼らは、これら 2 つの異なるが類似したツールを備えており、パッケージ全体を入札できるため、あらゆる種類の作品に入札できます。」

たとえば、両方のタイプのシステムを使用しているアマダの顧客は、レーザーでブランキングを実行しています。 「プレスブレーキのすぐ横にはウォータージェットがあり、耐熱断熱材を切断している」とディール氏は語った。 「シートが曲がるとすぐに、断熱材を入れ、再び曲げて、縁取りやシールを実行します。これは、きちんとした小さな組み立てラインです。」

ディール氏は、他のケースでは、ショップはレーザー切断システムの購入を望んでいるが、出費に見合った作業量を考慮していないと感じていると続けた。 「100 個の部品を作る場合、一日中かかる場合は、レーザーを見てもらいます。板金の貼り付けは数時間ではなく、数分で完了します。」

約 14 台のレーザーと 1 台のウォータージェットを備えたショップを経営していたワシントン州ケントの OMAX Corp. のアプリケーション スペシャリスト、ティム ホルコム氏は、何年も前に会社で見たレーザー、ウォータージェット、ワイヤー EDM を使用するポスターを思い出しました。 ポスターには、各タイプの機械が最適に処理できる材料と厚さがリストされており、ウォータージェットのリストは他のものよりも小さく見えます。

結局のところ、「レーザーがウォータージェットの世界で競争しようとしているのを見てきたし、その逆も同様だが、それぞれのニッチ以外では勝つことはできないだろう」とホルコム氏は説明した。 同氏はまた、ウォータージェットは冷間切断システムであるため、「当社には熱影響区域（HAZ）がないため、より多くの医療や防衛用途に活用できる。当社はマイクロジェット技術である」とも述べた。 ミニジェット ノズルとマイクロジェット切断は「私たちにとって本当に順調に進んでいます」。

軟鉄鋼の切断ではレーザーが主流だが、ウォータージェット技術は「まさに工作機械業界のスイス・アーミー・ナイフだ」と、ワシントン州ケントのフロー・インターナショナル社マーケティング・製品管理担当副社長ティム・ファビアン氏は断言する。シェイプテクノロジーグループのメンバー。 顧客にはジョー・ギブス・レーシングも含まれる。

「考えてみれば、ジョー・ギブス・レーシングのようなレースカーメーカーは、チタン、アルミニウム、カーボンファイバーなどのさまざまな素材から限られた数量の部品を切断することが多いため、レーザー加工機を使用する機会は少なくなるでしょう。 」とファビアンは説明した。 「彼らが私たちに説明してくれたニーズの 1 つは、使用するマシンのプログラミングが非常に簡単である必要があるということでした。オペレーターが 1/4 インチ (6.35 mm) のアルミニウムから部品を作成し、それをレース カーに取り付ける場合があります。しかしその後、部品をチタン、より厚いカーボンファイバー、またはより薄いアルミニウムで作る必要があると判断します。」

従来の CNC マシニング センターに関しては、「この種の変化はかなり大きなものです。」と彼は続けました。 このように材料ごと、部品ごとにギアを変更しようとすると、工具ビット、主軸回転数、送り速度、プログラムを変更する必要があります。

「彼らがウォータージェットに関して私たちに強く勧めていることの 1 つは、使用するさまざまな材料のライブラリを作成することであり、マウスを数回クリックするだけで、1/4 インチのアルミニウムから 1/2 インチ [12.7 mm] のカーボンに切り替えることができます。ファイバー」とファビアンは続けた。 「もう一度マウスをクリックすると、1/2 インチのカーボンファイバーから 1/8 インチ [3.18 mm] のチタンに変わります。」 ジョー ギブス レーシングは、「多くの珍しい合金や、平均的な顧客が使用しているのをいつも見られないものを使用しています。そこで、私たちは彼らと協力して、これらの先進的な材料を使用したライブラリを作成するのに多くの時間を費やしています。私たちは何百もの材料を持っています」私たちのデータベースには、顧客が独自のマテリアルを追加して、このデータベースをさらに拡張できる簡単なプロセスがあります。」

Flow ウォータージェットのもう 1 つのハイエンド ユーザーは、イーロン マスク氏の SpaceX です。 「スペースX社には、ロケット船の部品を製造するためのかなりの数の機械がある」とファビアン氏は語った。 別の航空宇宙探査メーカーである Blue Origin も Flow マシンを使用しています。 「彼らは何かを 10,000 個作っているわけではありません。これらのうち 1 つ、それらのうち 5 つ、あるいは他の何かを 4 つ作っているのです。」

一般的な店舗では、「仕事があり、1/4 インチの鋼材から 5,000 個の鋼材が必要な場合は、レーザーを使用するのは難しいでしょう」とフェビアン氏は述べています。ナイロン部品の場合、ウォータージェットではなくレーザーを考慮することはおそらくないでしょう。 ウォータージェットを使用すると、薄鋼鉄から厚さ 6 ～ 8 インチ [15.24 ～ 20.32 cm] の金属まで、あらゆるものを切断できます。

レーザーおよび工作機械部門を傘下に持つTrumpfは、レーザーおよび従来のCNCの世界に明確に足を踏み入れています。

ウォータージェットとレーザーが最も重なる可能性が高い狭いウィンドウ (厚さ 1 インチ (25.4 mm) をわずかに超える金属) では、ウォータージェットが明確なエッジを保ちます。

「1.5 インチ (38.1 mm) 以上の非常に非常に厚い金属の場合、ウォータージェットは品質が向上するだけでなく、レーザーでは金属を加工できない可能性があります」と、レーザー技術および販売コンサルティングのブレット・トンプソン氏は述べています。その後、意見の相違は明らかです。非金属はウォータージェットで加工される可能性が高いのに対し、厚さ 1 インチ以下の金属の場合は、レーザーを使用するのは簡単です。レーザーは、特に薄い金属の場合、はるかに高速に切断します。および/またはより硬い材料 - たとえば、アルミニウムに比べてステンレス鋼。」

部品の仕上げ、特にエッジ品質では、材料が厚くなり、入熱が要因となるため、再びウォータージェットが有利になります。

「これはウォータージェットが有利になる可能性がある場所かもしれない」とトンプソン氏は認めた。 「厚さと材料の範囲は、熱の影響を受ける部分が少ないレーザーの範囲を超えています。加工はレーザーよりも遅いですが、ウォータージェットでも一貫して優れたエッジ品質が得られます。ウォータージェットでは、非常に優れた直角度も得られる傾向があります。インチ単位で数えられる厚さであっても、バリの心配はありません。」

自動化における優位性は、拡張された生産ラインへの統合という点でレーザーにあるとトンプソン氏は付け加えた。

「レーザーを使用すると、完全な統合が可能です。統合された切断および曲げシステムの一方の側に材料をロードし、もう一方の側から切断および曲げられた部品が完成します。このような場合には、ウォータージェットは依然として不適切な選択肢となるでしょう。」たとえ材料管理のための優れたシステムがあったとしても、部品の切断にははるかに時間がかかり、明らかに水に対処する必要があるため、このシナリオは考えられません。」

トンプソン氏は、レーザーは「特にファイバーレーザーでは、使用される消耗品が比較的限られている」ため、運用と保守のコストが低いと主張した。 しかし、「ウォータージェットの全体的な諸経費は、機械の動力学が低く、比較的シンプルであるため、より少なくなる可能性があります。結局のところ、どちらかの機器がどれだけ適切に設計され、維持されているかによって決まります。」

OMAX のホルコム氏が 1990 年代にショップを経営していたとき、彼は回想します。「部品や設計図がテーブルに来るたびに、最初に考えたのは、『レーザーでできるだろうか』ということでした」 しかし、気づけばウォータージェット専用のプロジェクトが増えてきて、レーザーの熱影響部があるため隅々までしっかりと入り込むことができないため、厚肉の材料や一部の部品を使用するようになりました。角が吹き飛んでしまうので、ウォータージェットの方に体を傾けますが、それはレーザーが通常行う材料の厚さでも同じです。」

また、レーザーでは 1 枚のシートの方が高速でしたが、ウォータージェットでは 4 枚まで重ねたシートの方が高速でした。

「1/4 インチ [6.35 mm] の軟鋼から 3 インチ x 1 インチ [76.2 x 25.4 mm] の円を切断する場合、速度と精度の点でおそらくレーザーを好むでしょう。 仕上げ、つまりサイドカットのプロファイルは、よりガラスのような仕上げになり、非常に滑らかになります。」

しかし、レーザーをそのレベルの精度で動作させるには、「周波数とワット数の専門家である必要がありました。私たちはそれが非常に上手でしたが、非常に厳密に調整する必要がありました。ウォータージェットではそれが最初でした」と彼は付け加えた。 「まずは試してみましょう。今では、すべての機械に CAD システムが組み込まれています。機械のところで部品を設計できます。」 これはプロトタイピングに便利だと彼は付け加えた。 「ウォータージェットでその場でプログラムできるので、材料の厚さや設定を非常に簡単に変更できます。」 そして、ジョブのセットアップと切り替えは「同等です。レーザーに非常によく似たウォータージェットでの切り替えをいくつか見たことがあります。」

OMAX の ProtoMAX は、小規模な仕事、プロトタイピング、または教育用途 (ホビー ショップやガレージであっても) に、簡単に移動できるキャスター付きのポンプとカッティング テーブルを備えています。 被削材が水中に沈むので静かな切削が可能です。

メンテナンスに関しては、「通常、ウォータージェットの訓練は 1 ～ 2 日で完了し、すぐに野外に送り出すことができます」とホルコム氏は主張しました。

OMAX の EnduroMAX ポンプは、使用する水の量が減り、迅速な再構築が可能になるように設計されています。 現在のバージョンには 3 つのダイナミック シールが備えられています。 「私のポンプに限らず、どんなポンプでもメンテナンスには細心の注意を払うように今でも人々に言い続けています。高圧ポンプなので、時間をかけて適切なトレーニングを受けてください。」

アマダのディールでは、ウォータージェットとレーザーを実際に補完的に使用できます。

「ウォータージェットは、ブランキングと製造に参入するための優れた足掛かりであり、おそらく次の動きはレーザーになるでしょう」と彼は示唆しました。 「そのため、人々は部品を切断するようになります。また、プレス ブレーキはかなり手頃な価格なので、切断したり曲げたりすることができます。生産環境では、おそらくレーザーに頼ることになるでしょう。」

ファイバー レーザーは銅、真鍮、チタンなどの非鉄鋼を柔軟に切断できますが、ウォータージェットでは HAZ がないため、ガスケット材料やプラスチックの切断が可能です。

現世代のファイバーレーザー切断システムの操作は、「プログラムを通じて生産が指示されるところまで非常に直感的になりました」とディール氏は述べています。 「オペレーターは、ワークピースをロードしてスタートボタンを押すだけです。私は、CO2 時代に光学部品が劣化して劣化し、切断品質が低下し始めていた工場の出身で、それらの問題を診断できれば優れたオペレーターだとみなされていました。今日のファイバーシステム「型抜きのようなもので、消耗品がないので、部品を切断するかどうかにかかわらず、オンかオフかが決まります。そのためには、熟練したオペレーターの必要性が少し考慮されなくなります。とはいえ、ウォータージェットから移行すると思います」レーザーへの移行はスムーズかつ簡単です。」

Diehl 氏は、研磨剤の消費 (ガーネットなど) と予定されているポンプの再構築を考慮すると、一般的なファイバー レーザー システムは 1 時間あたり 2 ～ 3 ドルで稼働できるのに対し、ウォータージェットの場合は 1 時間あたり 50 ～ 75 ドル程度かかると見積もっています。

レーザー切断システムのキロワット出力が上昇するにつれ、アルミニウムなどの材料におけるウォータージェットの代替手段としての役割がますます高まっています。

「これまでは、厚いアルミニウムを使用するとウォータージェットの方が有利だと考えられていました」とディール氏は説明しました。 「レーザーには、1 インチのアルミニウムのようなものを通過する力がありませんでした。 レーザーの世界では長い間、私たちはその世界に手を出しませんでしたが、今では高ワット数のファイバーとレーザー技術の進歩により、1 インチのアルミニウムはもはや問題ではありません。コストを比較すると、次のようになります。機械への初期投資は、ウォータージェットの方が安価です。レーザーは 10 倍の部品を切断する可能性がありますが、そのコストを増やすには、その量の環境に身を置く必要があります。 」

利用可能なレーザー出力の増加を示すように、アマダの ENSIS テクノロジーは、2013 年の導入時の 2 kW から最高で 12 kW に達しています。 スケールの対極にある、Fabtech 2019 で発表されたアマダの VENTIS マシンは、ノズルの直径内で移動するビームのおかげで、より幅広い種類の材料加工を可能にします。

「上下、左右、あるいは 8 の字など、前後の動きでさまざまなテクニックを実行できます」とディール氏は VENTIS について語った。 「ENSIS テクノロジーから私たちが学んだことは、すべての素材にはスイート スポット、つまりカットに適した方法があるということです。私たちはそれをさまざまな種類のモードとビーム整形で実現しました。VENTIS を使用すると、ほぼ同じように行き来できます。鋸のようなもので、ヘッドが動くとビームが前後に動くため、非常に滑らかな縞模様が得られ、優れたエッジ品質が得られ、場合によっては速度も向上します。」

OMAX の省スペース ProtoMAX ウォータージェット システムと同じように、アマダは小規模な店舗や「プロトタイプを作成する必要があるだけで生産部門に侵入したくない研究開発プロトタイプ工場」向けに「非常に省スペースのファイバー システム」を準備しています。部品。"

私達と接続