17 okt. 2016
3 minuten
Op de laserbeurs Lasys afgelopen voorjaar schetste het Duitse Erlas een interessante ontwikkeling in de automobielindustrie. Complexe componenten worden steeds vaker geproduceerd als samengestelde lasconstructie. Laserlastechnologie geeft de doorslag. Wordt laserlassen hiermee een concurrent van mechanische technologieën en hogedruk gieten?
Er is een goede reden waarom engineers van autofabrikanten voor plaatwerk in combinatie met laserlassen kiezen en niet voor bijvoorbeeld gieten, denkt Peter Hoffmann, oprichter van Erlas (Erlanger Lasertechnik). De Duitse bouwer van industriële lasersystemen merkt dat deze trend nadrukkelijk aan belang wint in de auto-industrie. Fabrikanten kiezen voor plaatwerkconstructies omdat daarmee de totale constructie lichter wordt. Men kan dan verschillende materialen combineren, waarbij elk materiaal zodanig gekozen wordt dat een optimale combinatie van sterkte en minimaal gewicht bereikt wordt. Hiermee kun je grotere gewichtsbesparingen realiseren dan wanneer je de hele unit uit één materiaalsoort maakt. Voorbeelden zijn de ‘shiftfork’ voor de versnellingsbak, samengesteld uit zes losse delen, en een stuurkolomhuis dat samengesteld wordt uit tien onderdelen die in totaal 28 lasnaden bevatten.
Groeiende interesse laserlassen
Moderne laserlastechnologie maakt deze ontwikkeling mogelijk. De interesse voor laserlassen groeit omdat hierdoor toleranties kleiner worden en men minder warmte in het materiaal inbrengt. De uitdaging voor bedrijven zoals Erlas Laser is wél om de installaties zo te bouwen dat de korte cyclustijden die de automobiel eist, te kunnen realiseren. Robots en hybride systemen voor het draaien, klemmen en positioneren van de onderdelen zijn onmisbaar. Hierdoor verschuift het accent van systemintegrators van pure laserlastechnologie naar het aanbieden van complete oplossingen, waarin automatisering en besturingstechnologie wezenlijke aspecten zijn. De productie van de shiftfork, samengesteld uit zes onderdelen, heeft een totale cyclustijd van 25 seconden. Daarvan wordt er twaalf seconden daadwerkelijk gelast. De rest van de cyclustijd, net iets meer dan de helft, wordt gebruikt voor het inleggen van de losse onderdelen en het positioneren door de installatie. Het stuurhuis, onderdeel van het Volkswagen MQB platform, bevat naast metalen eveneens kunststof onderdelen, telt zestien lasnaden en er worden er 1,6 miljoen stuks van per jaar geproduceerd. Dit product wordt gelast met tien meter per minuut, volgens van Erlas absoluut geen probleem voor de moderne laserlassystemen.
Praktijkvoorbeeld Volkswagen
Volkswagen wil echter nog meer productiviteit. ‘De primaire tijd is de lastijd, al het andere is secundaire tijd. Ons doel is dat de primaire procestijd de cyclustijd wordt’, zo verwoordt Peter Hoffmann het ultieme doel. Daarom zet Erlas Laser tegenwoordig een laserbron met scanner van Trumpf in. De Erlas Weld Scan heeft een bereik van 190 bij 320 mm en kan zo’n 70 mm in de hoogte bewegen. Scannerlassen heeft als voordeel dat het heel snel gaat, omdat enkel spiegels in de scankop versteld hoeven te worden. Het nadeel is bij nauwkeurig lassen het bereik. Dat is ook in de toepassing bij VW onvoldoende om het hele stuurhuis te kunnen lassen. Daarom heeft Erlas de scanner zelf op een YZ-assenstelsel geplaatst. Door de werkstukklem op een draaizwenktafel te plaatsen kan het werkstuk zo gepositioneerd worden dat alle lasnaden met het scannersysteem bereikt kunnen worden, ook lasnaden in het werkstuk en naden die door andere componenten geblokkeerd worden. In de huidige opstelling last men met een gemiddelde snelheid van vier meter per minuut, dus nog verder onder de haalbare snelheid van negen meter voor deze scannertechnologie. Voor alle lasnaden heeft men 6,5 seconden pure lastijd nodig. Om de laserbron maximaal te benutten, heeft men twee lascellen aan één laserbron gekoppeld, zodat de ene cel last terwijl in de andere de onderdelen worden gewisseld. De totale cyclustijd bedraagt momenteel 9,5 seconden, dus nog drie seconden verwijderd van het doel om van de primaire productietijd de volledige productietijd te maken.
54 CNC-gestuurde assen
Om deze hoge productie te realiseren, is een uitgekiend opspansysteem de wezenlijke factor, aldus Erlas Laser. Dat moet het snel en nauwkeurig opspannen mogelijk maken. Ook dit heeft men bij Volkswagen vergaand geautomatiseerd met robots en intelligente klemgereedschappen, die het werkstuk zelf juist positioneren. De onderdelen zelf worden met een conveyorsysteem naar de cellen toegebracht, waar de robot voor de plaatsen in de klemmen zorgt. Erlas werkt er momenteel aan om de cyclustijd met nog eens drie seconden te verkorten. Een ander systeem waar de laserspecialist aan werkt is een nieuw machineconcept voor high speed scannerlassen. Dit is voorzien van 54 CNC-gestuurde assen die allen gesynchroniseerd zijn. Het systeem bestaat uit tien mobiele werkstukdragers en zeven robots voor de handling van alle onderdelen en de gelaste samenstelling.