Cómo los talleres de fabricación de chapa pueden generar ganancias de corte por láser

Apr 05, 2023

Las cotizaciones basadas únicamente en el tiempo de corte por láser pueden generar pedidos de fabricación, pero también pueden generar pérdidas de dinero, especialmente cuando los márgenes son reducidos para los fabricantes de láminas de metal.

Por el lado de la oferta del negocio de las máquinas herramienta, tendemos a hablar en términos de rendimiento de la máquina. ¿Cuál es la velocidad de corte para acero de media pulgada con nitrógeno? ¿Cuánto dura la perforación? Tasa de aceleración? ¡Hagamos un estudio de tiempo para ver cómo es el tiempo de ejecución! Si bien todos estos son puntos de partida perfectamente buenos, ¿son realmente las variables que debemos sopesar al considerar la fórmula del éxito?

El tiempo de ejecución es la base sobre la que se construye un buen negocio de láser, pero debemos tener en cuenta algo más que el tiempo que llevará cortar un trabajo. Cotizar basándose únicamente en el tiempo de corte puede romperle el corazón, especialmente cuando los márgenes son estrechos.

Para encontrar posibles costos ocultos en el corte por láser, debemos examinar la utilización de la mano de obra, el tiempo de actividad de la máquina, la consistencia en el tiempo de ejecución y la calidad de la pieza, cualquier reelaboración potencial y la utilización del material. En términos generales, los costos de las piezas se dividen en tres categorías: equipo, costos de trabajo (cosas como el material comprado o el gas de asistencia utilizado) y mano de obra. A partir de ahí, los costos se pueden desglosar con mucho más detalle (ver Figura 1).

Cuando calculamos el costo de un trabajo o el costo por pieza, todos los elementos de la Figura 1 representarán una parte del valor total. Donde se pone un poco turbio es cuando abordamos un costo en una columna sin considerar completamente las ramificaciones de los costos en una columna diferente.

La idea de maximizar el uso del material puede no ser una revelación para nadie, pero tenemos que sopesar sus beneficios frente a otras consideraciones. Al calcular el costo de una pieza, encontramos que, en la mayoría de los casos, el material consume la porción más grande del pastel.

Para aprovechar al máximo el material, podemos implementar estrategias como el corte de línea común (CLC). CLC ahorra material y tiempo de corte, ya que un corte crea dos bordes de parte simultáneamente. Pero esta técnica tiene algunas limitaciones. Es muy dependiente de la geometría. Las piezas pequeñas propensas a volcarse deberán juntarse de todos modos para mantener el proceso estable, y alguien tiene que separarlas y tal vez desbarbar esas piezas. Esto agrega tiempo y mano de obra, que no es gratis.

La separación de partes puede ser particularmente ardua para materiales más gruesos, y aquí la tecnología de corte por láser está ayudando a crear pestañas "nano" a más de la mitad del espesor de corte. Crearlos no tiene impacto en el tiempo de ejecución, porque la viga permanece en la sangría; no es necesario volver a ingresar el material después de crear la pestaña (consulte la Figura 2). Dicha tecnología está disponible solo en ciertas máquinas. Dicho esto, es solo un ejemplo de cómo algunos de los últimos avances ya no se tratan solo de reducir la velocidad.

Nuevamente, CLC depende mucho de la geometría, por lo que en la mayoría de los casos, nuestro objetivo es reducir los anchos de la red en un nido en lugar de hacerlos desaparecer por completo. La red se estrecha. Estupendo, pero ¿qué pasa con las piezas que se vuelcan y provocan una colisión? Los fabricantes de máquinas herramienta ofrecen varias soluciones, pero un enfoque que está disponible para todos es un mayor desplazamiento de la boquilla.

La tendencia en los últimos años ha sido disminuir la distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo. La razón de esto es simple: los láseres de fibra son rápidos y los láseres de fibra grandes son realmente rápidos. El impresionante aumento en el rendimiento requiere un aumento paralelo en las tasas de flujo de nitrógeno. Un láser de fibra de alta potencia vaporiza y funde el metal dentro del corte mucho más rápido que un láser de CO2.

En lugar de ralentizar la máquina, lo que sería contraproducente, ajustamos la boquilla en relación con la pieza de trabajo. Esto aumenta el flujo de gas auxiliar a través de la ranura sin aumentar la presión. Suena como un ganador, excepto que el láser todavía se mueve terriblemente rápido y las puntas se convierten en un problema mayor.

FIGURA 1. Tres áreas clave afectan el costo por pieza: equipo, costos de trabajo (incluidos los materiales y gases auxiliares utilizados) y mano de obra. Los tres serán responsables de una parte del valor total.

Si el programa tiene un momento especialmente difícil con las puntas de las piezas, entonces tendría sentido elegir una técnica de corte que utilice una compensación de boquilla más alta. Que esta estrategia tenga sentido depende de la aplicación. Tenemos que sopesar los requisitos de estabilidad del programa frente al mayor consumo de gas de asistencia que viene con una mayor desviación de la boquilla.

Otra opción para superar el vuelco de piezas es incorporar slug-destructs, creados de forma manual o automática con software. Aquí nuevamente, tenemos una elección que hacer. Las operaciones de destrucción de slug aumentan la confiabilidad del proceso, pero también aumentan los costos de consumibles y ralentizan el programa.

La forma más lógica de decidir si usar slug-destructs es considerar la probabilidad de que una parte se vuelque. Si es probable y no podemos programarnos de manera segura para evitar una posible colisión, tenemos varias opciones. Podríamos asegurar las piezas con micropestañas o cortar el trozo y dejarlo caer de forma segura.

Si el contorno del problema es la pieza completa en sí, entonces realmente no tenemos una alternativa, tendremos que tabularla. Si un contorno interior está causando problemas, entonces debemos comparar el tiempo y el costo de tabulación versus la destrucción de babosas.

Ahora la pregunta se vuelve sobre el costo. ¿Agregar una microtab hará que sea más difícil sacar la parte o la babosa del nido? Si hacemos una destrucción de balas, estamos aumentando el tiempo de funcionamiento del láser. ¿Es más económico agregar mano de obra adicional para la separación de piezas o es más económico aumentar el tiempo de ejecución a la tarifa por hora de la máquina? Dada la tarifa por hora más alta de la máquina, es probable que se reduzca exactamente a la cantidad exacta de piezas que se deben cortar en trozos pequeños y seguros.

La mano de obra es un gran factor que contribuye al costo, y es importante administrarlo cuando se trata de competir con mercados de bajo costo laboral. El corte por láser tiene mano de obra asociada con la programación inicial (aunque el costo disminuye para las ejecuciones posteriores de pedidos repetidos), así como la mano de obra asociada con la operación de la máquina. Cuanto más automatizada sea una máquina, menor será la parte de la tarifa por hora de un operador de láser que podemos aplicar al trabajo.

La "automatización" en el corte por láser a menudo se refiere al manejo y clasificación de materiales, pero hay más tipos de automatización que se incluyen en un láser moderno. Las máquinas actuales tienen cambio de boquilla automatizado, monitoreo activo de calidad de corte y control de velocidad de alimentación. Son una inversión, pero los ahorros laborales resultantes pueden justificar el costo.

La tarifa por hora cargada de una máquina láser depende del rendimiento. Imagine una máquina que produce en un turno lo que antes producía en dos. En este caso, pasar de dos turnos a uno puede duplicar la tarifa horaria de la máquina. Cuando cada máquina produce más, reducimos la cantidad de máquinas requeridas para hacer la misma cantidad de trabajo. Cuando reducimos a la mitad el número de láseres, también reducimos a la mitad nuestros costos de mano de obra.

Por supuesto, estos ahorros se van por la ventana si nuestro equipo no es confiable. Varias tecnologías de procesamiento ayudan a mantener el tiempo de actividad del corte por láser, incluida la supervisión del estado de la máquina, las inspecciones automáticas de las boquillas y los sensores de luz dispersa que detectan la contaminación en el vidrio protector del cabezal de corte. Hoy, podemos usar la inteligencia de las modernas interfaces de máquinas para mostrar cuánto tiempo tenemos hasta el próximo servicio.

Todas estas características ayudan a automatizar ciertos aspectos del mantenimiento de la máquina. Ya sea que tengamos una máquina con estas características o mantengamos el equipo a la antigua (con fuerza y ​​una actitud positiva), debemos asegurarnos de que las tareas de mantenimiento se realicen, se realicen bien y se realicen de manera oportuna.

FIGURA 2. Los avances del corte por láser continúan enfocándose en el panorama general, no solo en la velocidad de corte. Por ejemplo, este método de nanopestaña (unir dos piezas de trabajo cortadas a lo largo de una línea común) facilita la separación de piezas más gruesas.

La razón de esto es simple: la máquina debe estar en un estado de funcionamiento óptimo para mantener una alta efectividad general del equipo (OEE): disponibilidad × rendimiento × calidad. O, como lo describe el sitio web oee.com, "[OEE] identifica el porcentaje de tiempo de fabricación que es realmente productivo. Una puntuación de OEE del 100 % significa 100 % de calidad (solo piezas buenas), 100 % de rendimiento (lo más rápido posible ), y 100% de disponibilidad (sin tiempo de parada)." En la mayoría de las circunstancias, no es posible alcanzar el 100 % de OEE. El estándar de la industria está más cerca del 60 %, aunque un OEE típico depende de la aplicación, la cantidad de máquinas y la complejidad de la operación. Independientemente, la perfección OEE es un ideal por el que vale la pena luchar.

Imagine que recibimos una solicitud de cotización (RFQ) de 25 000 piezas de un cliente grande y conocido. Asegurar este trabajo podría afectar en gran medida el crecimiento futuro de nuestra empresa. Entonces, cotizamos $100,000 y el cliente acepta. Esa es la buena noticia. La mala noticia es que nuestros márgenes son mínimos. Por esta razón, debemos asegurarnos de que nuestro OEE sea lo más alto posible. Para ganar dinero, debemos hacer todo lo posible para aumentar las áreas azules en la Figura 3 y reducir las naranjas.

Cuando se trabaja con márgenes pequeños, cualquier cosa inesperada puede afectar e incluso eliminar las ganancias. ¿La mala programación está arruinando mis boquillas? ¿Las malas reglas de corte están contaminando mi vidrio protector? Tengo un tiempo de inactividad inesperado y tengo que interrumpir la producción con algún mantenimiento reactivo. ¿Cómo afectará eso a la producción?

Una programación o un mantenimiento deficientes pueden significar que la velocidad de alimentación que esperábamos, y que usamos para calcular mi tiempo total de ejecución, podría ser menor. Esto reduce nuestro OEE y extiende el tiempo total de producción, incluso sin que el operador interrumpa la producción para jugar con los parámetros de la máquina. Diga adiós a la disponibilidad de máquinas.

Además, ¿las piezas que producimos realmente se envían al cliente o algunas piezas se tiran a la basura? Un puntaje de calidad bajo en el cálculo de OEE realmente puede doler.

Los costos de producción para el corte por láser son mucho más detallados que simplemente cobrar por el tiempo de láser directo. Las máquinas herramienta modernas ofrecen una gran cantidad de opciones para ayudar a los fabricantes a lograr los altos niveles de transparencia necesarios para seguir siendo competitivos. Para seguir siendo rentables, solo necesitamos conocer y comprender todos los costos ocultos de todo lo que pagamos cuando vendemos un widget.

FIGURA 3. Especialmente cuando trabajamos con márgenes muy finos, necesitamos minimizar el naranja y maximizar el azul.