Unabhängig davon, ob sie ein neues Produkt auf den Markt bringen oder die Produktion eines bestehenden Produkts hochfahren, stehen Hersteller unter hohem Druck, schneller, zuverlässiger und mit weniger Risiken zu automatisieren. Die Markteinführungszeit wird zu einer wichtigen Kennzahl, die sich direkt auf die Rentabilität, Wettbewerbsfähigkeit und Kundenzufriedenheit auswirkt. Jede Verzögerung bedeutet Umsatzverluste, verpasste Chancen und höhere Kosten.
Sowohl für Integratoren als auch für Hersteller bedeutet der Aufbau eines automatisierten Produktionssystems in der Regel, dass verschiedene Komponenten – wie Laser, Robotik, Steuerungen und Werkzeuge – von mehreren Anbietern bezogen werden müssen. Diese fragmentierte Vorgehensweise führt zu Komplexität, Verzögerungen und Risiken. Wenn Probleme auftreten, kann das gegenseitige Schuldzuweisen zwischen den Lieferanten zu kritischen Engpässen führen, die die Markteinführung verzögern und die Kosten in die Höhe treiben.
Die Industrie einen besseren Weg in die Zukunft der Laserautomatisierung zu bieten, ist seit jeher eines der Hauptanliegen von IPG Photonics. Als Komplettanbieter von Automatisierungssystemen arbeitet IPG mit Herstellern zusammen und entwickelt gemeinsam mit deren Produktionsteams vollständig integrierte Produktionslösungen, die wir dann installieren und warten. Wir haben festgestellt, dass Hersteller mit nur einem einzigen Anbieter für alle Teile der Lösung schneller hochfahren, Überraschungen vermeiden und sich auf eine einzige Anlaufstelle für Support verlassen können.
In diesem Artikel werden wir die Vorteile einer Zusammenarbeit mit einem Anbieter von umfassenden Laser-Automatisierungslösungen erörtern – insbesondere, wie der richtige Partner Ihnen dabei helfen kann, Risiken zu minimieren und eine solidere Grundlage für langfristigen Erfolg zu schaffen.
Der traditionelle Weg zur Automatisierung
Hersteller verfolgen in der Regel eine von zwei Strategien, um ein maßgeschneidertes Automatisierungssystem zu implementieren: Sie bauen es selbst oder beauftragen einen Systemintegrator damit. Beide Ansätze können funktionieren, bergen jedoch oft versteckte Risiken – insbesondere bei laserbasierten Prozessen –, die sich auf die Markteinführungszeit, die Kosten und die Gesamtleistung des Systems auswirken.
Für manche mag es flexibler oder kostengünstiger erscheinen, einzelne Bausteine von verschiedenen Anbietern zu beziehen. Allzu oft übersteigen jedoch die tatsächlichen Kosten einer stückweisen Integration die anfänglichen Einsparungen bei weitem.
Wenn Komponenten von verschiedenen Lieferanten stammen, liegt die Verantwortung für deren Kompatibilität allein beim Endnutzer. Dies birgt Risiken in jeder Phase: inkompatible Schnittstellen, unbewährte Prozesskompatibilität, unklare Verantwortlichkeiten und längere Debugging-Zeiten für das System. Jede Integrationslücke birgt das Risiko von Verzögerungen, unerwarteten Engineering-Stunden und zusätzlichen Kosten.
Die größte Schwierigkeit tritt oft erst nach Beginn der Installation auf. Bei mehreren beteiligten Anbietern kann die Diagnose und Behebung von Problemen zu einem Schuldzuweisungsspiel werden, bei dem jeder Lieferant auf die Komponente eines anderen als Ursache verweist. In der Zwischenzeit geraten die Produktionszeitpläne in Verzug, interne Ressourcen werden gebunden und die Kosten steigen. Bis ein Stückwerk-System voll funktionsfähig ist, stellen Hersteller oft fest, dass sie weit mehr Zeit, Geld und Nerven investiert haben, als wenn sie von Anfang an eine vollständig integrierte Lösung beschafft hätten.
Systemintegratoren versuchen, dieses Problem zu lösen. Die meisten von ihnen haben jedoch eine wesentliche Einschränkung. Sie sind zwar Experten für Robotik, Steuerungen und Systemtechnik, verfügen jedoch nur selten über fundiertes internes Fachwissen in den Bereichen Laser-Material-Wechselwirkung, Laserprozessoptimierung oder optisches Systemdesign. Daher ist die Zusammenarbeit mit einem Integrator oft mit mehreren Ebenen der Untervergabe und einer Aufteilung der technischen Verantwortung verbunden. Wenn ein Problem auftritt, kann dessen Lösung wochenlange Abstimmungen zwischen dem Integrator und seinen eigenen Lieferanten erfordern.
Der Single-Source-Ansatz
Wie löst IPG diese Probleme? Sind wir nicht nur ein weiterer Integrator oder Komponentenanbieter auf der Liste?
Die meisten Leser dieses Artikels kennen IPG Photonics bereits als Pionier und Marktführer im Bereich industrieller Faserlaser. Viele wissen jedoch vielleicht nicht, dass IPG mittlerweile weit mehr als nur ein Laserhersteller ist.
Heute verfügen wir über das gesamte Fachwissen und alle Ressourcen, die erforderlich sind, um eine echte Komplettlösung für die Automatisierung anzubieten. Natürlich liefern wir Laser, aber wir integrieren auch Optiken, Robotersysteme, Bewegungsplattformen, Werkzeuge, Steuerungssysteme, Bildverarbeitungslösungen und sogar Sicherheitsgehäuse – allesamt so konstruiert, dass sie nahtlos zusammenarbeiten. Von eigenständigen Arbeitsstationen bis hin zu kompletten, automatisierten Fertigungslinien für die Massenproduktion basiert jedes Element des Systems auf unserem fundierten Fachwissen in den Bereichen Laser-Material-Interaktion und industrielle Automatisierung. Es gibt keine geteilten Verantwortlichkeiten, keine Unterauftragnehmer und keine Unsicherheiten hinsichtlich der Systemleistung.
Unsere Kompetenzen gehen weit über die Hardware hinaus. Wir werden bereits frühzeitig in den Projektlebenszyklus eingebunden und arbeiten gemeinsam mit unseren Kunden an der Entwicklung des richtigen Laserprozesses durch Anwendungsentwicklung, Machbarkeitsstudien und virtuelle Simulationen. Anschließend entwerfen, bauen und validieren wir das System intern, um Überraschungen während der Installation zu minimieren. Nach der Inbetriebnahme bieten wir Support, Bedienerschulungen und einen 24/7-Service. Nutzer von IPG-Automatisierungssystemen haben von Anfang bis Ende – und darüber hinaus – nur einen einzigen Ansprechpartner.
Wir haben Folgendes festgestellt: Unsere Kunden gelangen schneller und reibungsloser in die Produktion, und das mit weitaus weniger Risiken. IPG übernimmt die Verantwortung für das Automatisierungssystem selbst, sodass sich die Hersteller auf die Steigerung der Produktion konzentrieren können, anstatt Probleme zu beheben.
Es kann schwierig sein, zu verstehen, wie das alles funktioniert, von der Wechselwirkung zwischen Laser und Material über die Konstruktion von Werkzeugen bis hin zu für die Laserbearbeitung optimierten Teilen. Schauen wir uns einige der Ressourcen an, die wir für die Entwicklung von Automatisierungssystemen anbieten, um ein besseres Bild zu vermitteln.
Anwendungsentwicklung: Die Grundlage für den Erfolg
Der Unterschied zwischen IPG und anderen Integratoren wird gleich zu Beginn deutlich. Wir beginnen damit, den Laserprozess selbst zu untersuchen, zu testen und zu charakterisieren. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da für zuverlässige Produktionsergebnisse ein bewährter, gut optimierter Prozess erforderlich ist, der unter realen Bedingungen entwickelt wurde.
Diese Bemühungen werden von unserem Anwendungsteam geleitet, das in globalen Anwendungslabors arbeitet. Laserwissenschaftler und Anwendungsingenieure arbeiten mit Herstellern zusammen, um vollständig validierte Prozesse zu entwickeln, die auf jede Anwendung zugeschnitten sind. Ob Schweißen, Reinigen, Texturieren, Schneiden oder additive Fertigung – das Ziel unseres Teams ist es, sicherzustellen, dass die Ergebnisse lange vor Beginn des Systembaus optimiert werden.
Diese Zusammenarbeit in der frühesten Phase reduziert das nachgelagerte Risiko erheblich, da sie es uns ermöglicht, ein System auf einer getesteten, optimierten Grundlage aufzubauen. Dies ist der Schlüssel für einen nahtlosen Übergang vom Prototyp zur Produktion.
Fortschrittliche Tools zur Risikominimierung bei der Automatisierung
Dieselbe rigorose, analytische Denkweise wird anschließend auf die Entwicklung des gesamten Automatisierungssystems angewendet. Eines der wertvollsten Werkzeuge, die wir dabei einsetzen, ist die Virtualisierung.
In der Vergangenheit haben sich Hersteller von Automatisierungssystemen auf einen mühsamen und kostspieligen „Concurrent Engineering“-Zyklus verlassen. Dabei werden physische Prototypen gebaut und anschließend getestet, um das Design zu validieren oder unerwartete Probleme aufzudecken. Dieser Prozess wird so lange wiederholt, bis das System zufriedenstellend getestet wurde und seine endgültige Form erreicht hat. Diese traditionelle Methode ist zwar effektiv, verursacht jedoch bei jeder Markteinführung einen erheblichen Zeit-, Kosten- und Risikoaufwand.
Heute nutzt IPG fortschrittliche virtuelle Fertigungstools, um den Simultaneous-Engineering-Zyklus drastisch zu verkürzen und zu rationalisieren. Durch die digitale Simulation, Analyse und Optimierung von Automatisierungssystemen identifizieren und beseitigen wir Risiken, noch bevor sie die Prototypenphase erreichen. Zwei der wertvollsten Tools, die wir dabei einsetzen, sind die Variationssimulationsanalyse (VSA) und die Schweißverformungsanalyse (WDA).
Mit VSA kann IPG buchstäblich Tausende von „digitalen Konstruktionen” eines Teils oder einer Baugruppe modellieren und simulieren. Praktisch jeder Aspekt des Prozesses wird in diese Simulation einbezogen. Beispielsweise umfasst VSA 3D-Modelle der Teile und Baugruppen sowie der Werkzeuge, Werkstückspannvorrichtungen und aller anderen im System vorhandenen mechanischen Zusatzkomponenten. Zur Modellierung der Festigkeit und Haltbarkeit all dieser mechanischen Teile wird die Finite-Elemente-Analyse eingesetzt. Die Robotersimulation wird verwendet, um die realen Bewegungen physischer Roboter zu modellieren.
VSA zeigt uns, wie sich natürliche Abweichungen bei den Komponententoleranzen auf wichtige Merkmale der gefertigten Baugruppen auswirken. Die Software analysiert die Leistung von Werkzeugen und Werkstückspannvorrichtungen, um die statistische Abweichung kritischer Maßmerkmale in den Endteilen vorherzusagen. Dies ist ein leistungsstarkes Mittel, um den Zeit- und Kostenaufwand für die Optimierung des Produkts und der Werkzeuge zu reduzieren.
WDA geht noch einen Schritt weiter und simuliert die Auswirkungen von Schweißprozessen auf die Teilegeometrie. Durch die Modellierung von Materialeigenschaften, Wärmeeinflusszonen, Schweißsequenzen und Befestigungen sagt WDA voraus, wo Verformungen auftreten können. Anschließend schlägt es Änderungen am Prozessablauf, an den Werkzeugen oder am Teiledesign vor, um etwaige Probleme zu minimieren. Das Ergebnis sind bessere Schweißnähte – mit minimaler Verformung, geringer Restspannung und maximaler Festigkeit –, ohne dass zahlreiche Testzyklen an tatsächlichen Teilen durchgeführt werden müssen.
IPG bietet eine Reihe von Automatisierungslösungen
Wie sieht ein automatisiertes System von IPG aus?
Jede Herausforderung in der Fertigung ist anders. Einige Hersteller möchten auf einer standardisierten Lösung aufbauen, um einen neuen Laserprozess sofort in Betrieb nehmen zu können. Andere benötigen ein individuell entwickeltes, vollständig maßgeschneidertes System, das von Grund auf für eine bestimmte Produktionsumgebung mit hohen Stückzahlen entwickelt wurde. IPG bietet Lösungen für beide Extreme sowie für alle Zwischenstufen. Wir arbeiten mit jedem Kunden zusammen, um den richtigen Weg zu finden, der seinen Zielen, Zeitplänen und Budgets entspricht.
Einige Anwendungen können eine erweiterte Version eines unserer vorkonfigurierten Produkte verwenden, wie beispielsweise unsere LaserCell 2000. Diese eigenständigen Arbeitszellen sind vollständig mit IPG-Lasern, Optiken, Bewegungssystemen und Sicherheitsgehäusen integriert. Sie eignen sich ideal für Anwendungen, die eine bewährte, effiziente Lösung ohne den Zeit- und Kostenaufwand einer kundenspezifischen Konstruktion erfordern.
Der Aufbau auf einem Standardsystem minimiert den technischen Aufwand und verkürzt die Zeit bis zur Produktion erheblich. Diese Werkzeuge lassen sich mit einer Vielzahl von Optionen zum Be- und Entladen von Teilen, zur Handhabung, Robotik, Bildverarbeitungssystemen und vielem mehr leicht anpassen. Dadurch lassen sie sich nahtlos in eine bestehende Produktionslinie integrieren oder ihre Fähigkeit zur Ausführung einer bestimmten Aufgabe optimieren.
Wenn die Anwendung etwas Einzigartigeres erfordert, entwerfen und bauen wir maßgeschneiderte automatisierte Systeme. Diese können eine Vielzahl von Elementen umfassen, wie z. B. Bildverarbeitungssysteme, Spezialwerkzeuge, fortschrittliche Robotik, Teilehandhabung, SPS und Kommunikationsschnittstellen, und reichen von einer einzelnen, eigenständigen Workstation bis hin zu hochvolumigen Mehrstationssystemen.
Diese Systeme sind speziell auf den Prozess, das Material, die Produktionsrate und die Qualitätsanforderungen des Kunden zugeschnitten. Die Entwicklung einer maßgeschneiderten Lösung ist zwar teurer und zeitaufwendiger, bietet jedoch maximale Leistung und Kapitalrendite.
Unabhängig davon, ob Sie sich für eines unserer Standardsysteme entscheiden oder eine vollständig maßgeschneiderte automatisierte Produktionslinie von uns erstellen lassen, profitieren Sie von einer zentralen Anlaufstelle und unserer bewährten Fähigkeit, termingerecht und innerhalb des Budgets zu liefern. Wenn Sie mit IPG zusammenarbeiten, erhalten Sie außerdem Zugang zu unserem globalen Service- und Support-Netzwerk, einschließlich fachkundiger Installation, praktischer Schulungen und kontinuierlicher technischer Unterstützung, damit Ihr System stets mit maximaler Leistung läuft.
Anwendungen: Schweißen und darüber hinaus
In welchen Anwendungsbereichen können automatisierte Laserlösungen von IPG eingesetzt werden?
Das Schweißen ist nach wie vor unsere häufigste Anwendung, obwohl sich das Spektrum und die Vielfalt der von uns angebotenen Schweißaufgaben in den letzten Jahren erheblich erweitert haben. Im Automobilsektor beispielsweise ist das Laserschweißen zu einem wichtigen Werkzeug geworden, um Initiativen zur Gewichtsreduzierung und den zunehmenden Einsatz von hochfesten Stahllegierungen zu unterstützen. Daher werden IPG-Systeme zum Schweißen von Karosserieteilen, Türringen, Rohkarosserien, Getrieben, Sitzrahmen und vielem mehr eingesetzt und liefern starke, präzise Verbindungen mit minimaler Wärmeverformung.
Die Fertigung von E-Mobilitätsprodukten hat sich in den letzten Jahren zu einem weiteren bedeutenden Segment der Automobilfertigung entwickelt. Diese Aufgaben erfordern häufig andere Materialien, Montagetechniken und ein höheres Maß an Präzision als andere Bereiche der Automobilproduktion. Daher stellen sie eine Herausforderung für Produktionsschweißsysteme dar, die gleichzeitig eine außergewöhnliche Schweißqualität und einen hohen Durchsatz liefern müssen. Die Entwicklung automatisierter Lasersysteme, die diese Ziele erreichen, wird durch den Einsatz unserer Virtualisierungstools erheblich erleichtert. Diese ermöglichen es uns, die Entwicklungszeit zu verkürzen und dennoch hervorragende Ergebnisse zu erzielen.
Wir unterstützen jedoch auch eine breitere Palette von Fertigungsprozessen, die über das Schweißen hinausgehen. Dank unserer fundierten Fachkenntnisse im Bereich der Laser-Material-Wechselwirkung können wir Anwendungen von der Reinigung, Texturierung, dem Schneiden und Erhitzen/Trocknen bis hin zur additiven Fertigung abdecken.
Beispielsweise ermöglicht die IPG-Laserautomatisierung eine effiziente Oberflächenreinigung, die mechanisches Bürsten oder chemische Behandlungen ersetzen kann, eine Oberflächenstrukturierung zur Verbesserung der Haftung und des Aussehens sowie das präzise Schneiden von Metallen und Verbundwerkstoffen. Diese berührungslosen Laserprozesse verbessern die Qualität, reduzieren den Wartungsaufwand und erhöhen den Durchsatz, während sie sich gleichzeitig nahtlos in automatisierte Produktionsumgebungen integrieren lassen.
Ob beim Verbinden von Leichtmetalllegierungen, beim Vorbereiten von Oberflächen für die Verklebung oder beim Schneiden komplexer Formen – die Automatisierungslösungen von IPG bringen die Vorteile der Laserbearbeitung in neue Anwendungsbereiche und helfen Herstellern dabei, ihre Abläufe zu optimieren und die Produktleistung zu verbessern.
Intelligentere Automatisierung für eine komplexere Welt
Die Fertigungsprozesse sind heute komplexer und anspruchsvoller denn je. Die Materialien verändern sich. Die Teilegeometrien werden immer komplexer. Die Produktionsmengen steigen, während die Toleranzfenster immer kleiner werden.
In diesem Umfeld kann es vorkommen, dass die traditionellen Wege zur Automatisierung – sei es der Aufbau eines eigenen Systems oder der Einsatz von Allzweck-Integratoren – nicht die Geschwindigkeit, Präzision oder Zuverlässigkeit bieten, die Hersteller benötigen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.
Moderne laserbasierte Fertigungsmethoden erfordern einen intelligenteren Ansatz. Dieser muss auf fundierten Prozesskenntnissen, umfassender Automatisierungskompetenz und umfassenden Systemengineering-Fähigkeiten basieren. Unser Ziel ist es, unseren Kunden diese Kernkompetenzen anzubieten, um sie zu stärken und die Fertigung weiter voranzubringen.
Erste Schritte mit der Laserautomatisierung
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Der Einstieg ist ganz einfach: Schicken Sie uns einige Musterteile, besuchen Sie eines unserer weltweiten Anwendungslabore oder erzählen Sie uns einfach von Ihrer Anwendung.
