Dwa metalowe elementy mogą wyglądać niemal identycznie, mieć te same wymiary zewnętrzne i pełnić dokładnie tę samą funkcję, a mimo to koszt ich wykonania może znacząco się różnić. Dlaczego? Odpowiedź często kryje się nie w cenie stali ani nawet w wyborze maszyny, lecz znacznie wcześniej – na etapie projektowania.
W nowoczesnej produkcji przemysłowej dobry projekt powinien uwzględniać nie tylko geometrię i funkcję części. Powinien również odpowiadać na pytanie: jak ten element zostanie wykonany?
To właśnie podejście określane jako Design for Manufacturing (DFM), czyli projektowanie z myślą o produkcji. W przypadku elementów z blach, rur i profili może ono oznaczać mniej operacji, krótszy czas wykonania, ograniczenie ilości odpadu i łatwiejsze zachowanie powtarzalności.
Model 3D może wyglądać perfekcyjnie. Wszystkie otwory są na swoim miejscu, promienie odpowiednio dobrane, a konstrukcja spełnia założenia projektanta. Dopiero po przekazaniu dokumentacji do produkcji okazuje się jednak, czy detal jest równie dobrze przemyślany pod względem technologicznym.
Trzeba odpowiedzieć na szereg praktycznych pytań:
Każda z tych kwestii może mieć wpływ na końcowy koszt produkcji.
Jednym z ciekawszych przykładów optymalizacji jest zastępowanie konstrukcji spawanej odpowiednio zaprojektowanym elementem giętym.
Wyobraźmy sobie prostą obudowę wykonywaną z kilku wyciętych fragmentów blachy. Poszczególne części trzeba przygotować, ustawić względem siebie, zamocować, pospawać, a następnie oczyścić miejsca łączenia.
Alternatywą może być wykonanie większej części z jednego arkusza, a następnie nadanie jej odpowiedniego kształtu za pomocą kilku gięć.
Nie zawsze będzie to możliwe i nie zawsze będzie najlepszym rozwiązaniem. Jeśli jednak konstrukcja na to pozwala, możemy ograniczyć liczbę osobnych komponentów oraz operacji montażowych.
To pokazuje ważną zasadę: najtańsza operacja produkcyjna to czasami ta, której dzięki odpowiedniemu projektowi w ogóle nie trzeba wykonywać.
Cięcie laserowe daje ogromną swobodę kształtowania elementów z blachy. Precyzyjna wiązka umożliwia wykonywanie skomplikowanych konturów, otworów i wycięć, a sterowanie CNC zapewnia wysoką powtarzalność.
Nie oznacza to jednak, że geometria detalu pozostaje bez znaczenia.
Przy większych seriach ogromną rolę zaczyna odgrywać sposób rozmieszczenia elementów na arkuszu, czyli nesting. Im efektywniej można wykorzystać powierzchnię materiału, tym mniej stali pozostaje niewykorzystane.
Czasami niewielka modyfikacja kształtu części pozwala znacznie lepiej ułożyć detale obok siebie. Przy pojedynczej sztuce różnica może wydawać się nieistotna. Jeżeli jednak produkcja obejmuje setki lub tysiące elementów, oszczędność materiału zaczyna nabierać zupełnie innego znaczenia.
Nowoczesne systemy laserowe dodatkowo pozwalają łączyć wysoką produktywność z precyzją oraz ograniczaniem ilości odrzutów. BAPRO-MET wykorzystuje w tym zakresie laser światłowodowy BySmart Fiber 3015 Fiber 4000 firmy Bystronic.
Na ekranie komputera można zaprojektować praktycznie dowolną geometrię. Maszyna pracuje jednak w świecie fizycznym.
Stempel musi dotrzeć do odpowiedniego miejsca. Detal musi zmieścić się pomiędzy elementami maszyny. Wykonanie jednego gięcia nie może uniemożliwić przeprowadzenia następnego.
Dlatego projektując części gięte, trzeba uwzględniać między innymi:
Szczególnie interesujące są projekty przestrzenne, w których płaski arkusz po kilku operacjach zmienia się w gotową część konstrukcyjną.
Dobry projekt pozwala wykorzystać tę możliwość zamiast niepotrzebnie komplikować późniejszy montaż.
Jeszcze ciekawiej robi się w przypadku konstrukcji wykonywanych z rur i profili.
Tutaj znaczenie ma nie tylko promień gięcia, lecz również orientacja kolejnych łuków względem siebie. Element może zmieniać kierunek w kilku płaszczyznach, tworząc skomplikowaną przestrzenną geometrię.
Takie rozwiązania są stosowane między innymi w ramach, stelażach, wyposażeniu przemysłowym, konstrukcjach meblowych czy elementach urządzeń.
BAPRO-MET dysponuje technologiami umożliwiającymi gięcie rur i profili, w tym wykonywanie przestrzennych detali 3D.
Odpowiednie zaprojektowanie pojedynczego giętego elementu może w niektórych konstrukcjach zastąpić kilka krótszych odcinków wymagających późniejszego łączenia.
Mniej części oznacza potencjalnie mniej cięcia, mniej pozycjonowania, mniej spoin i prostszy montaż.
Automatyzacja stawia przed konstruktorami kolejne wymagania.
Człowiek potrafi stosunkowo łatwo dostosować swoje ruchy do niewielkich różnic pomiędzy elementami. Robot wykonuje zaprogramowany proces niezwykle konsekwentnie, ale oczekuje równie konsekwentnie przygotowanych komponentów.
Dlatego w produkcji wykorzystującej spawanie zrobotyzowane szczególnego znaczenia nabierają:
Właśnie dlatego jakość procesu spawania zaczyna się znacznie wcześniej niż w chwili zajarzenia łuku.
BAPRO-MET wykorzystuje roboty spawalnicze TA-1900WG3 i TA-1900WG4 z systemem TAWERS, a deklarowana przez firmę powtarzalność miejsca i wymiarów złącza spawanego wynosi ±0,1 mm.
Nowoczesna obróbka metali rzadko sprowadza się do wyboru jednej maszyny.
Element może zostać:
wycięty laserowo → wygięty → zespawany → przygotowany powierzchniowo → pomalowany proszkowo.
Inny detal może wymagać:
cięcia → walcowania → spawania → wykończenia powierzchni.
Jeszcze inny będzie wykonywany z odpowiednio uformowanych rur i profili.
Dlatego optymalizacja nie polega na znalezieniu "najlepszej technologii", ale na dobraniu najlepszego zestawu procesów dla konkretnego projektu.
BAPRO-MET posiada zaplecze obejmujące m.in. cięcie laserowe, gięcie blach, gięcie rur i profili, walcowanie, spawanie ręczne i zrobotyzowane oraz malowanie proszkowe i natryskowe. Dzięki temu poszczególne etapy mogą być rozpatrywane jako części jednego procesu technologicznego.
To jedna z pułapek, które łatwo przeoczyć.
Jeżeli wykonanie dodatkowej operacji zajmuje zaledwie minutę, przy prototypie praktycznie nie zwracamy na nią uwagi. Przy produkcji 10 000 elementów ta sama minuta oznacza już ponad 166 godzin dodatkowej pracy maszyny lub operatora.
Podobnie jest z materiałem.
Niewielki fragment niepotrzebnie zmarnowanej blachy przy jednej sztuce nie robi większej różnicy. Pomnożony przez tysiące detali może oznaczać znaczącą ilość materiału.
Dlatego projektowanie pod produkcję seryjną wymaga innego sposobu myślenia. Liczą się sekundy, liczba operacji, długość spoin, liczba przezbrojeń i sposób wykorzystania materiału.
Nowoczesny park maszynowy daje ogromne możliwości, ale nawet najbardziej zaawansowana technologia nie zastąpi dobrze przemyślanego projektu.
Czasami wystarczy zmienić promień. Przesunąć otwór. Zastąpić dwie części jedną. Zmienić kolejność gięć. Przeprojektować połączenie spawane albo inaczej rozmieścić elementy na arkuszu.
Niewielka zmiana w modelu 3D może później powtarzać się w każdej wyprodukowanej sztuce – razem z oszczędnością, którą przynosi.
Właśnie dlatego w BAPRO-MET patrzymy na obróbkę metalu jako na cały proces technologiczny, a nie zbiór niezależnych operacji. Połączenie cięcia, gięcia, walcowania, obróbki rur i profili, spawania oraz wykańczania powierzchni pozwala analizować drogę detalu od dokumentacji technicznej aż do gotowego elementu.
Bo zanim stal otrzyma swój ostateczny kształt na hali produkcyjnej, najważniejsze decyzje dotyczące jej obróbki często zapadają już przy komputerze.
