Ласерско урезивање против резања под притиском: Економија формирања електрода

Аутор: Дани Хуанг, Пх.Д.

Извршни директор и руководилац истраживања и развоја, ТОБ Нев Енерги

Повежите се са др Хуангом на ЛинкедИн-у

Резиме и кључне речи

Формирање електроде је корак у коме се рађа геометрија ћелије-и где се одлучује о цени по делу. Механичко сечење побеђује на капиталним трошковима при малом обиму и стабилним форматима. Ласерско урезивање побеђује када се промени формат, одржавање матрице и дефекти повезани са ивицама. Скретница обично испоручује између 3 и 8 милиона делова електроде годишње, у зависности од промене формата и класе толеранције.

• Капитални трошкови за сечење почињу од 80.000 до 150.000 УСД за станицу по систему кључ у руке; ћелија за ласерско урезивање почиње од 150.000 до 300.000 УСДза упоредиву пропусност.
• Алат за калупе је скривени периодични трошак: прецизна матрица за електроду кошта 3.000–40.000 УСД и захтева поновно оштрење на сваких 200.000–800.000 потеза, са потпуном заменом при промени формата.
• Извори ласерског влакна су оцењени на 20.000–100.000 радних сатии исеците било коју геометрију језичака без промене алата, али захтевајте дисциплиновано усисавање прашине и дима како бисте заштитили и оптику и чистоћу ћелије.
• Буџети за неравнине и прашину одлучују о процесу:неравнина од 10 µм или лабава проводљива честица је дефект у ћелији; ласерско урезивање помера проблем контаминације са брадавица на дим, мењајући читав инжењеринг чистоће.

Постоје два начина да се обложена електродна мрежа претвори у обликоване електроде: матрица од каљеног челика која пробија кроз фолију, или фокусирани ласерски зрак који испарава исти обрис. Оба производе делове. Економија ова два пута се разилази на начине који постају видљиви само када модел пуне цене укључује животни век алата, промене формата, контролу неравнина, управљање прашином и отпатке{2}}повезане са дефектима.

Грешка је у поређењу набавних цена. Резач је јефтин до промене трећег формата. Ласер је скуп све док производња прве нове електроде не кошта ништа.

Како се два процеса заправо секу

Дие цуттингпритиска прилагођену брушену матрицу на фолију електроде помоћу сета за бушење и матрицу. Оштрица сече премаз активног материјала и металну фолију у једном потезу, стварајући чисту ивицу када је матрица оштра и неравнине када није. Брзина је велика-Машине са једном станицом достижу 60–120 удараца у минути, а ротационе матрице иду брже. Сваки облик електроде захтева сопствену матрицу.

Ласерско урезивањеусмерава пулсни или ЦВ ласер са влакнима дуж обриса електроде. Зрака испарава материјал у прорезу који је типично широк 30–80 µм. Ниједан физички алат не додирује део. Промена облика електроде је софтверска операција-отпремања нове ЦАД датотеке и ажурирања путање пресека. Брзина зависи од дужине реза по делу, а не од брзине хода.

Ова два процеса нису замена у сваком случају. Ласерско урезивање доминира призматским и кесастим формирањем електрода јер ти формати често мењају облик и захтевају геометрије језичака са којима се матрице лоше рукују. Сечење калупом задржава јаку позицију у великим цилиндричним форматима и у континуираним процесима који се напајају мрежом где је геометрија замрзнута годинама.

Покретач трошкова 1: Првобитна улагања и алати

Поређење капитала мора одвојити машину од алата, јер алат је место где сечење акумулира трошкове.

За фабрику са једним цилиндричним форматом пет година, ниска цена машине резача и амортизовани алат су потпуно победили. За фабрику која развија кесице ћелија где се обрис електроде мења сваких неколико месеци током развоја производа, сам трошак матрице може премашити премију цене ласера ​​током прве године.

Време израде инжењеринга је важно колико и новац. Новој коцкици су потребне недеље да се дизајнира, исече и потврди. Путања ласерског сечења се валидира за један дан. У индустрији у којој се одлуке о формату ћелије мењају са захтевима купаца, та временска разлика има стварну комерцијалну тежину.

Покретач трошкова 2: Одржавање-Истрошеност матрице наспрам века трајања ласерског извора

Хабање калупа је предвидљиво и немилосрдно.Сваки потез бруси ивицу сечења. Ивица матрице се заокружује, ивица расте, а квалитет сечења се погоршава. Поновно оштрење је потребно на сваких 200.000–800.000 потеза у зависности од дебљине фолије, абразивности премаза и квалитета челика. Сам премаз електроде-који садржи честице тврдих оксида за катоде-убрзава хабање ивица. Између оштрења, висина ивица се пење према горе, а делови који се налазе близу краја интервала оштрења имају прогресивно лошији квалитет ивица.

Оштрење калупа кошта 500–3.000 УСД по услузи и доводи машину ван мреже. Маска за сечење у две смене која ради 400 удараца у минути са интервалом оштрења од 300.000 удараца треба оштрење отприлике сваких 12 радних дана. То је понављајући ритам застоја и трошкова који припада финансијском моделу.

Ласерски извори имају другачији животни циклус.Пулсни ласер са влакнима је типично оцењен за 20.000–100.000 сати рада. При 20 радних сати дневно, извор од 50.000 сати ради скоро седам година пре замене. Замена извора кошта 30.000–80.000 УСД у зависности од снаге-значајна, али један догађај, а не ритам који се понавља.

Одржавањем ласера ​​доминирају оптика и потрошни материјал:

• Заштитно покривно стакло:замењују се на сваких неколико стотина до неколико хиљада сати у зависности од количине испарења, по цени од 20 до 100 УСД.
• Млазница и заштитни гас:компримовани ваздух или азот при малом протоку, занемарљива цена.
• Медиј за филтер дима:стварни предмет који се понавља, цена у следећем одељку.

Поређење одржавања

Покретач трошкова 3: Неравнина, прашина и буџет за чистоћу

Оба процеса стварају контаминацију. Тип се разликује, а тип одређује инжењеринг чистоће.

Резање под притиском ствара неравнине и механичке остатке.Истрошена матрица оставља неравнине на ивици -метала који се савија и може да пробије сепаратор у готовој ћелији. Индустријска ограничења обично захтевају висину шиљака испод 10–15 µм, а сечење се приближава овој граници само када је матрица свеже наоштрена. Механичка прашина од лома премаза такође се скида са ивице реза и мора се уклонити, обично четкањем или усисивачем.

Ласерско урезивање производи аеросол дима и прскања.Испарени метал и угљеник се поново кондензују у фине честице. Неки се таложе назад на одсечену ивицу као шљака; остатак мора бити захваћен системом за екстракцију пре него што се слегне на површину фолије. Слободна проводљива честица која се налази на површини електроде је латентни кратки спој. Ласерско урезивање стога захтева:

• Локализована екстракција димау зони реза са брзином хватања која је довољна да повуче перјаницу пре него што се прошири,
• ХЕПА филтрацијаза субмикронски метални и угљенични аеросол,
• Контрола ивичног шљакапреко параметара процеса (енергија импулса, фокусна позиција, помоћни гас) да би се поновни{0}}нанос одржао испод исте толеранције од 10–15 µм на коју циља контрола шиљака на калупима.

Буџет за чистоћу за ласерско урезивање је стваран, али ограничен. Добро дизајниран пакет за екстракцију и филтрацију додаје 10–15% на цену станице и носи потрошне филтере, док лоше контролисан процес матрице скрива своју контаминацију у растућем отпаду повезаном са неравнинама које је теже приписати. Поређење није „чисто наспрам прљаво“, већ „видљиви периодични трошак у односу на цену скривеног квара“.

Табела квара: Где ласерско урезивање постаје јефтиније

Мера одлуке је цена по делу електроде, а не цена машине. Табела у наставку даје моделе укупних годишњих трошкова-амортизације машина, алата, одржавања и управљања прашином-у свим обима производње за средњи формат кесице електрода са једном променом формата годишње.

Претпоставке: 5-годишња амортизација; станица за сечење 120.000 УСД; ласерска станица 230.000 УСД; једна коцка по формату од 15.000 УСД; оштрење калупа на сваких 300.000 удараца по цени од 1.200 УСД; ласерски извор амортизован преко 50.000 х; управљање прашином коштало је 8% годишњих оперативних трошкова ласера.

Кросовер у овом моделу има између 1 и 2 милиона делова годишње. Две варијабле га нагло померају:

• Промене формата годишње.Свака додатна промена формата додаје куповину матрице и гура скретницу ка мањим количинама у корист ласера.
• Класа толеранције.Спецификација заоштравања затегнута са 15 µм на 8 µм приморава чешће оштрење матрице, подижући цену матрице и повлачећи скретницу још ниже.

Са 10 милиона делова годишње, ласерско урезивање показује отприлике половину годишњих трошкова сечења у овој конфигурацији. Испод 500.000 делова, сечење је недвосмислено јефтиније и прави избор за мале количине или радове у раној фази.

А против Б: Када је сваки процес прави одговор

Инжењерска одлука није „који је процес бољи“ већ „који процес се уклапа у мапу пута производа“. Поређење испод то уоквирује.

Истраживачко или пилот постројење које производи прототипове електрода у хиљадама би готово сигурно требало да се сече-или чак да користи ручну пресу-јер запремина не оправдава капитал за ласер. Постројење од пилот-производње које храни цевовод за развој производа требало би рано да пређе на ласер, јер би промене формата током развоја иначе трошиле недељне буџете.

A {0}}машина за ласерско урезивање велике брзинеса интегрисаним усисивачем прашине за призматично и формирање кесице електрода носи вишу прву фактуру, али се њена крива трошкова спљошти тамо где се резач пење. Насупрот томе, апрецизни резач електродаза фиксни{0}}формат велике-производње цилиндрична производња остаје машина са нижим укупним трошковима када је формат замрзнут и када је обим велики. Две машине су комплементарне фабрике у пуном обиму, а не конкуренти на сваком тендеру.

Бирање према подацима, а не по навици

Образац који се понавља у набавци батеријске опреме није да инжењери бирају погрешан процес. То је да бирају процес који су користили прошли пут. Горенаведени модел трошкова је довољно једноставан за рад на табели и требало би га покренути за сваку нову линију, јер се укрштање креће са променом формата, класом толеранције и дебљином фолије.

Три тачке података чине модел поштеним:

• Стварни потези између оштрења матрице на циљном материјалу-измерени на пробној матрици, а не наводи произвођач алата.
• Крива раста бразди у интервалу оштрења, да бисте знали када делови почну да не испуњавају спецификације.
• Прави трошак за уклањање прашине за ласер, укључујући филтер медије и отпад који се може приписати дефектима честица.

Са та три броја, табела рентабилности престаје да буде теоретска и постаје одговор специфичан за биљку.

Често постављана питања: Ласерско урезивање наспрам сечења

Шта је јефтиније, ласерско урезивање или сечење?
Испод отприлике 1 милиона делова електроде годишње са стабилним форматом, сечење је јефтиније. Изнад 2 милиона делова годишње, или уз честе промене формата, ласерско урезивање има ниже укупне годишње трошкове јер алати и оштрење нестају.

Колико дуго траје извор ласерске машине за урезивање?
Пулсни ласерски извори са влакнима су оцењени за 20.000–100.000 радних сати. У две смене дневно, извор од 50.000 сати ради отприлике седам година пре замене, у поређењу са оштрењем на сваких неколико недеља на механичком секачу.

Да ли ласерско урезивање ствара проблеме са прашином?
Да, али другачија врста. Ласерско сечење производи аеросол металних и угљеничних димова који се морају екстраховати у зони реза и ХЕПА-филтрирати. Резање под притиском уклања механичке остатке и неравнине. Оба процеса морају имати исти буџет за ивицу и чистоћу честица-око 10 µм-на различите начине.

Да ли резач може да поднесе нови формат електроде?
Само са новом коцком, која кошта 3.000–40.000 УСД са временом испоруке од 4–8 недеља. Ласерски урезивач мења формат тако што учитава нову геометрију сечења, која се обично потврђује у року од једног дана.

Коју дебљину електроде може да сече ласерско зарезивање?
Фибер ласери секу обложену фолију од 8 µм голе фолије до отприлике 30-40 µм фолије са 60-120 µм двостраним премазом. Теже вишеслојне картице могу захтевати више пролаза или хибридни приступ.

Техничка референца коју је саставила група за процесно инжењерство ТОБ Нев Енерги од инсталација линија за формирање електрода кроз призматичне, врећице и цилиндричне ћелије. За модел рентабилности у вашем специфичном формату, повежите се са др Данијем Хуангом на ЛинкедИн-у или пошаљите своје производне параметре техничком одељењу у Ксиамену.