¿Cuánta potencia de corte por láser necesita un fabricante de metales?

La fibra potencia de corte por láser La carrera ha vuelto a ponerse en marcha. Ocurrió con las máquinas de CO2 en los años 1990 y 2000, y está volviendo a suceder ahora con los láseres de fibra. Hay un lugar para los sistemas de ultraalta potencia de hoy, pero las potencias más bajas también tienen su lugar. Entonces, ¿qué potencia de láser se adapta a su operación?

Puede comenzar analizando el espesor del material, la calidad y las geometrías de las piezas que corta. Pero antes de profundizar en los detalles, aléjese y observe el panorama general. Considere su negocio en general en relación con cuatro áreas: sus clientes, recursos, capacidades y costos operativos. La primera área, la combinación de clientes, impulsa la dirección de las tres restantes, pero las cuatro pueden influir en qué tipo de láser de fibra se adaptará mejor a su negocio.

Aspectos a tener en cuenta al elegir la potencia de corte por láser

Clientes

La combinación de clientes de un taller determina su modelo de negocio, que en la fabricación de metales generalmente se divide en una o alguna combinación de tres áreas: fabricante de equipos originales (OEM, o fabricante de líneas de productos), fabricación por contrato y taller.

Los fabricantes de equipos originales desarrollan procesos internos en función de las necesidades de sus productos. El equipo se adapta a las necesidades y la producción se ajusta y programa en función de un ritmo que permita obtener un rendimiento uniforme y predecible con el menor desperdicio posible. La demanda de productos determina el ritmo de producción.

Los fabricantes por contrato se presentan en uno o dos tipos de características. Una de ellas describe a los fabricantes que construyen subconjuntos para una variedad de clientes. Pueden especializarse en ciertas capacidades que se centran en rangos específicos de tipos de materiales, espesores y precisión de procesamiento, pero en última instancia atienden a un amplio espectro de mercados.

La otra modalidad de fabricación por contrato es la que centra todo el negocio en uno o unos pocos mercados relacionados. Los proveedores de automoción de primer nivel entran en esta categoría, pero también lo hacen muchas otras empresas. Un ejemplo menos conocido sería el de los fabricantes por contrato dedicados a la industria de las máquinas tragamonedas.

El último y más extendido modelo de negocio es el de los talleres de fabricación de metales. Son la navaja suiza del sector. Sus principales preocupaciones son la rapidez de respuesta y la reducción del ciclo de pedido a envío.

Medir el tiempo total de fabricación, desde el muelle de recepción hasta el muelle de envío, es útil para cualquier fabricante, pero puede ser especialmente crítico para el taller. Digamos que colocas un trozo de papel en una hoja de material en bruto cuando entra por la puerta. El papel sigue a esa hoja a medida que se corta, se dobla, se suelda, se termina, se empaqueta y se envía. Cuanto menos tiempo tarde ese papel en pasar por el taller, más receptivo será el negocio y más competitivo podrá ser el taller.

Ahora imaginemos el mismo ejercicio en un OEM. El papel pasa por el corte, doblado y soldadura, y luego se envía a un almacén de productos terminados. Cuando los clientes compran el producto, el producto terminado sale del almacén, lo que completa el ciclo. Ahora imaginemos que el OEM aumenta su capacidad de fabricación y, sin embargo, la demanda del producto por parte de los clientes no cambia. El material viaja más rápido a través de la planta y luego se almacena en productos terminados. A pesar de esa mayor capacidad de fabricación, el ciclo de fabricación general no ha cambiado.

Esto no significa que los fabricantes de equipos originales nunca tengan que aumentar su capacidad de fabricación. Sin embargo, cualquier decisión de compra que tomen para una máquina de corte por láser (u otro equipo) se basa en los productos que fabrican o podrían fabricar en el futuro. Dicho de otro modo, sus productos generan ingresos, no capacidad de fabricación.

Los fabricantes por contrato (es decir, los fabricantes por contrato) no venden productos, pero tampoco venden capacidad de fabricación de metales puros. Venden asociaciones de fabricación fiables, y las expectativas que respaldan esas asociaciones definen el tipo de fabricante por contrato. Algunos fabricantes por contrato pueden evolucionar para atender a uno o a un grupo reducido de clientes similares, como ese fabricante por contrato dedicado al negocio de las máquinas tragamonedas. Otro fabricante por contrato puede atender a una variedad de mercados. Tendrá unos pocos flujos de valor dedicados a sus clientes más importantes, pero otras áreas de la planta pueden manejar una amplia variedad de pedidos repetidos en función del tipo de material, el nivel de calidad o alguna otra métrica.

Imaginemos que se mide el tiempo total de fabricación en un entorno de fabricación por contrato. Se adjunta una hoja de papel a la materia prima, que luego fluye a través del taller y se envía al cliente. Otra posibilidad es que el trabajo permanezca un tiempo en el almacén de productos terminados del fabricante, del que los clientes extraen material mediante el método Kanban. Si un cliente extrae material de los productos terminados, el fabricante debe reponerlo.

Ahora imaginemos que el fabricante por contrato aumenta su capacidad de fabricación. Eso acorta el tiempo que el periódico pasa en el taller y abre la puerta a que los vendedores vendan las capacidades de fabricación de metales de la empresa a otros clientes que (según esperan) se convertirán en futuros socios de fabricación. Aumentar la capacidad de fabricación para respaldar una respuesta rápida y confiable también podría significar que, para los clientes existentes, el fabricante por contrato necesita menos inventario de productos terminados.

Por lo tanto, para el fabricante por contrato, aumentar la capacidad puede generar ingresos, pero solo si esa capacidad ayuda a la empresa a atender a una gama definida de clientes. Cuanto mejor se adapte a sus necesidades un cliente, más probabilidades hay de que se convierta en un socio de fabricación.

Piense en estos tipos de fabricantes (OEM, fabricante por contrato y taller por encargo) como tres ingredientes que conforman la “receta” del modelo de negocio de un fabricante. Algunos fabricantes utilizan solo un ingrediente; otros, dos o tres. Esto es especialmente cierto en el caso de los talleres por encargo y los fabricantes por contrato. Después de todo, un taller por encargo exitoso a menudo crece hasta convertirse en un fabricante por contrato, y ciertas áreas del negocio del fabricante por contrato (un prototipo o una celda de entrega rápida, por ejemplo) pueden seguir funcionando como el taller por encargo que solía ser.

Además, un taller de fabricación por encargo puede desarrollar su propia línea de productos, mientras que un fabricante de equipos originales puede vender su exceso de capacidad de fabricación como si fuera un taller de fabricación por encargo. Ambas pueden ser buenas decisiones, siempre que estén impulsadas por una estrategia planificada.

Por ejemplo, un taller de fabricación por encargo podría lanzar una línea de productos para compensar una demanda muy variable. Si, por ejemplo, un nido de corte por láser no se puede llenar con los trabajos actuales, un taller puede utilizar piezas de relleno para reponer el stock de sus propios productos. De hecho, a medida que la maquinaria se vuelve más productiva, ese modelo híbrido de taller de fabricación por encargo y línea de productos se vuelve aún más viable. Un fabricante con un láser de potencia ultraalta podría no tener que preocuparse de que las áreas de taller de fabricación por encargo y línea de productos de la empresa compitan por la capacidad de corte por láser, incluso durante las épocas de mayor actividad.

De manera similar, un OEM podría lanzar una división de taller de fabricación por encargo para vender el exceso de capacidad de fabricación. En este caso, sin embargo, el lanzamiento del taller de fabricación por encargo idealmente debería ser parte de la estrategia planificada de un OEM, no solo una reacción a una mala inversión en una máquina. Comprar un láser de fibra de 15 kW podría dar a ciertos OEM más capacidad de corte por láser de la que jamás necesitarán, por lo que comienzan a vender ese exceso de capacidad. Desafortunadamente, toda la planta de fabricación está diseñada para producir una gama limitada de productos. Agregar trabajo de taller de fabricación por encargo altamente variable a este entorno podría introducir algunas ineficiencias importantes.

Recursos

Un fabricante tiene cinco categorías de recursos disponibles a su disposición. La primera son sus instalaciones, que incluyen el tamaño del taller, el espacio disponible sin utilizar y la eficiencia con la que se utiliza todo el espacio. Tenga en cuenta también que uno de los aspectos que más se pasan por alto aquí es el manejo de materiales. ¿Se puede manejar el flujo de materia prima y producto con el equipo existente?

El segundo es el personal. ¿Cuáles son sus habilidades? ¿Cómo se les capacita y qué tan bien se documentan sus conocimientos? ¿Quién se jubilará pronto? ¿Con qué eficacia puede la organización cubrir vacantes y contratar y desarrollar talentos? ¿Qué experiencia tienen en corte por láser en comparación con procesos relacionados como el punzonado? No importa cuán potentes sean, las buenas máquinas de corte por láser requieren buenas personas para operarlas.

El tercer recurso, estrechamente relacionado con el segundo, son las horas disponibles. ¿Cuántos turnos trabaja la gente? ¿Puede la planta añadir más turnos si es necesario? Por el contrario, ¿podría una empresa que aumenta su capacidad producir lo que necesita en un solo turno y eliminar la necesidad de un segundo turno?

El cuarto recurso es el equipo, que incluye la forma en que una empresa mide su eficiencia y los costos de mantenimiento. El quinto involucra recursos externos. Esto incluye la relación del taller con otros fabricantes que podrían manejar el exceso de trabajo (lo que afecta la forma en que una operación puede manejar los picos de demanda), así como proveedores de servicios externos como los que aplican recubrimientos en polvo y los que aplican chapado. Aumentar la capacidad de corte por láser solo puede ser efectivo si la mayor parte del trabajo debe ir a proveedores de servicios externos que no tienen la capacidad para manejar el mayor volumen.

Piense en cada una de estas cinco áreas de recursos como perillas para “ajustar” las demandas de la combinación de clientes. Un taller sin mucho espacio pero con mano de obra disponible para el desapilado y las operaciones posteriores podría invertir en un puñado de láseres de ultraalta potencia para alimentar el conformado, la soldadura y una operación de ensamblaje final que pueda expandirse a múltiples turnos durante los períodos de máxima demanda.

Si los turnos adicionales no son una opción, esos láseres de alta potencia podrían tener sentido si el taller tiene una buena dosis de trabajo de corte láser "solo en plano". Con una inversión complementaria en automatización, los láseres podrían funcionar sin supervisión durante el fin de semana y enviar las piezas a los clientes a primera hora del lunes por la mañana. Por otro lado, si la demanda requiere recursos posteriores que simplemente no están disponibles, simplemente agregar más potencia de corte láser no sería un uso eficiente de los recursos.

De todas formas, la definición de “uso eficiente de los recursos” depende de la combinación de clientes y del modelo de negocio del fabricante. Un fabricante por contrato que corta principalmente material de calibre 10 y más fino podría utilizar un láser de fibra de 15 kW el lunes por la mañana y terminar el trabajo de una semana entera a la hora del almuerzo. Ese no es un uso muy eficiente de los recursos, al menos para un fabricante por contrato.

Por otra parte, esta misma situación podría abrir una gran oportunidad para un taller de fabricación por encargo. El éxito de un taller de fabricación por encargo depende más de la capacidad disponible de inmediato y menos de la utilización de la misma. Es posible que un láser de 15 kW no funcione de forma continua en un taller de fabricación por encargo, pero mientras la capacidad siga estando disponible (es decir, que el sistema pueda entrar en acción y producir piezas en un abrir y cerrar de ojos), ese láser de alta potencia puede ayudar al taller a responder rápidamente. Esto aumenta el flujo de caja y hace que el taller de fabricación por encargo sea más competitivo al mismo tiempo.

Capacidades

Estos incluyen la cadena de pasos de fabricación desde el pedido hasta el envío (cotización, ingeniería, troquelado, plegado, soldadura, pintura, ensamblaje y envío), junto con la naturaleza de las piezas y los ensamblajes que fluyen a través de esos pasos. En este caso, resulta de ayuda adoptar una visión holística. ¿Cómo llegan los pedidos a la puerta? ¿Cómo los presenta el sistema de planificación de recursos empresariales (ERP) y qué pasos se dan para enviar esos pedidos a la planta? Lo último que desea un fabricante es un punto de estrangulamiento operativo en el procesamiento y la ingeniería de pedidos, antes de que las piezas lleguen a la operación de corte principal.

Los procesos posteriores también son importantes. Digamos que un fabricante mejora su capacidad de corte por láser y luego envía piezas a la siguiente etapa. Todo parece ir bien hasta que llegan a un proceso de recubrimiento en polvo por lotes, un recurso compartido y un punto de estrangulamiento demasiado frecuente. Para aumentar realmente el rendimiento y aprovechar al máximo las inversiones en corte por láser y otros equipos en la etapa inicial, las operaciones deben abordar los cuellos de botella en la etapa final. En el ejemplo actual, una línea continua de recubrimiento en polvo con pretratamiento podría ser una buena inversión si elimina el punto de estrangulamiento.

Aun así, no se deben analizar los puntos críticos sin tener en cuenta el panorama general. Aquí es donde entran en juego las rutas de trabajo y los diagramas de espagueti. Supongamos que un fabricante por contrato tiene un área de producción principal con cinco láseres que alimentan 20 prensas plegadoras y 25 estaciones de soldadura. Esto proporciona a los trabajos múltiples carriles para viajar hacia la línea de meta. En un área separada tiene un flujo de valor dedicado a un cliente que exige que los productos se fabriquen y manipulen de una determinada manera. Cada área tiene distintas necesidades de troquelado. El flujo de valor dedicado al cliente funciona perfectamente bien con dos centros de corte láser de baja potencia. La línea está equilibrada y el fabricante por contrato puede mantener una entrega confiable. Aumentar la potencia de corte láser allí sería un desperdicio.

Pero ¿qué ocurre con el área de producción principal? Un láser de ultraalta potencia podría proporcionar a la planta suficiente capacidad excedente para garantizar que el resto de la planta nunca se quede sin trabajo. Otra posibilidad es que la planta (teniendo en cuenta los recursos de mantenimiento disponibles) opte por reducir el número de centros de corte por láser que tiene de cinco a cuatro.

En otro escenario, invertir en una potencia láser menor podría ser más conveniente para la operación, dependiendo de la combinación de productos, especialmente si se consideran los recursos necesarios para desanidar las láminas. De hecho, resulta útil pensar en el corte por láser y el desanidamiento como un solo proceso. Después de todo, el corte por láser no está realmente completo hasta que está disponible y se presenta a las operaciones posteriores.

Consideremos una lámina fina anidada con solo unas pocas piezas grandes y rectangulares, demasiado grandes para que una persona pueda manipularlas cómodamente. En este caso, un láser de baja potencia puede cortar lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo de un clasificador de piezas automatizado. Aumentar la potencia del láser en este caso podría no ayudar, ya que la automatización no podría seguir el ritmo. Lo mismo sería cierto incluso si el taller dependiera del desanidamiento manual. Y sí, como parte de un sistema de fabricación flexible, esas piezas podrían ser trasladadas de regreso a una torre de almacenamiento, pero alguien tendría que desanidarlas eventualmente.

Una combinación diferente de piezas cambia la situación por completo. Consideremos una operación en la que la mayoría de los nidos consisten en piezas medianas a pequeñas. En este caso, un láser de menor potencia podría tardar un tiempo significativo en cortar todos los perímetros de esas piezas. Los desapiladores tienen tiempo más que suficiente para clasificar las piezas. Sin embargo, un láser de potencia ultraalta puede reducir significativamente el tiempo de procesamiento, como en el caso del acero al carbono de entre 0,25 y 0,5 pulgadas. Los clasificadores de piezas manuales se mantendrán ocupados, sin duda, y el área podría requerir algunas personas adicionales, pero probablemente no se verán abrumados.

Aquí, por fin, es donde entran en juego la calidad y el grosor del material. Supongamos que el 80% del trabajo de un taller implica cortar aluminio de calibre 16. Descubrieron que la diferencia de velocidad entre un sistema de 8 kW y uno de 15 kW es insignificante, así que ¿por qué invertir en un sistema de 15 kW?

Aun así, evite considerar la velocidad de corte de forma aislada. El gas auxiliar también es importante. Considere una operación que corta una gran cantidad de acero al carbono de 0,5 pulgadas. Tradicionalmente, esto se habría cortado con láser utilizando oxígeno como gas auxiliar, lo que significaba que probablemente las piezas tendrían que pasar por un proceso secundario para eliminar la capa de óxido. Sin embargo, hoy en día, los láseres de alta potencia pueden cortar dichas piezas con nitrógeno puro o incluso aire ultraseco, produciendo piezas en bruto con un borde libre de óxido. Cortar unos pocos centímetros más por minuto es bueno, pero eliminar toda una operación secundaria es aún mejor.

Cuando se trata de cortar material muy grueso, de 1 a 1,25 pulgadas, considere el mercado para dichas piezas. Las placas gruesas cortadas con láser pueden verse extraordinariamente bien en el piso de una feria comercial, pero tenga en cuenta que ese corte de placas es un nicho especializado. Las operaciones de corte por láser de placas pesadas existen, pero tienen éxito al aprovechar los mercados que nunca consideraron el corte por láser como una opción. En primer lugar, la mesa de un láser debe estar diseñada para manejar placas tan pesadas. En segundo lugar, la operación en su mayor parte competirá con el corte por plasma de alta definición, un proceso menos costoso y, con frecuencia, más adecuado.

Costos operativos

Entre ellos se incluyen los sospechosos habituales, como los costos de las instalaciones, el mantenimiento de los equipos, los costos de personal y el costo de los servicios externos. ¿Tiene sentido la integración vertical, como por ejemplo, incorporar el recubrimiento en polvo u otros procesos que antes se externalizaban a la empresa?

En este caso, también entran en escena sospechosos menos habituales, como el consumo de energía. Una tienda situada en una zona con electricidad cara puede tener una estrategia de inversión en equipos diferente, especialmente en lo que respecta al gas auxiliar. En zonas con bajos costes energéticos, los sistemas de generación de nitrógeno pueden tener mucho sentido, pero a medida que aumenta el coste por kilovatio-hora, el nitrógeno a granel empieza a parecer mucho más atractivo.

Consideremos un taller en San José, California, y otro en Spokane, Washington. En San José, el costo total de las instalaciones por pie cuadrado es tan alto que el taller no agrega equipos, sino que los reemplaza. Ampliar el edificio es simplemente demasiado caro. La operación necesita exprimir todo el valor que pueda de cada pie cuadrado que tiene y obtener más de cada vatio que consume la instalación. Mientras tanto, el taller de Spokane tiene el espacio y puede permitirse agregar algunos láseres, lo que a su vez afectará qué tipo de láseres se adaptan mejor a la operación.

Un futuro flexible

Después de analizar el panorama general (sus clientes, recursos, capacidades y costos operativos), está listo para descubrir qué sistema láser se adapta mejor a su operación. Esto incluye no solo el nivel de potencia, sino también el nivel de automatización.

Sin embargo, uno de los desafíos es que los modelos de negocios evolucionan, las demandas de los clientes cambian y la tecnología avanza más rápido que nunca. El láser de fibra ha proporcionado a la industria un motor enorme; ahora, los avances en accionamientos, servomotores, cabezales de corte y boquillas encontrarán nuevas formas de aprovechar al máximo ese motor.

La modularidad cobrará mayor importancia. Los fabricantes no solo podrán añadir torres y automatización a los láseres existentes, sino que también podrán cambiar las fuentes de luz láser y no toda la máquina. El cambio puede realizarse en un solo turno, no a lo largo de varios días o semanas.

Digamos que un fabricante necesita reemplazar varios láseres de CO2 antiguos. Sigue siendo principalmente un taller de trabajos a medida, por lo que elige el láser de fibra de 10 kW, que lo hace todo, como una navaja suiza. La operación crece y, para cumplir con la capacidad, agrega una torre al láser de 10 kW. A medida que el negocio evoluciona, sus necesidades cambian. El taller descubre que se está enfocando cada vez más en materiales de calibre 10 y más delgados. De hecho, realmente necesita separar ese trabajo de calibre 10 del resto para cumplir con los requisitos de tiempo de ciclo.

Por eso, invierte en un láser de fibra de 5 kW, más que suficiente para procesar nidos de piezas de tamaño mediano de calibre 10, la mayoría de ellas sin detalles internos que consuman mucho tiempo ni contornos intrincados. El problema es que la combinación de piezas de calibre 10 y más delgadas es propicia para la automatización. Mientras tanto, el láser automatizado de 10 kW, que siempre ha sido la navaja suiza, se ha vuelto más adecuado para procesar nidos dinámicos para la gama de trabajos de bajo volumen, la "larga cola" de la combinación de productos del taller.

¿Cuál es la solución? Aquí es donde entra en juego la modularidad. La automatización se elimina del láser de 10 kW y se coloca en el sistema de 5 kW. El sistema de 5 kW ahora ejecuta las piezas principales del taller, que se piden repetidamente. Mientras tanto, el de 10 kW se convierte en la máquina de respuesta rápida del fabricante, donde un pedido se puede cargar, cortar, desanidar y enviar en cuestión de horas.

Esta modularidad será cada vez más importante en los próximos años. La tecnología evolucionará a medida que evolucionen los fabricantes, a medida que pasen de ser un taller a convertirse en un fabricante por contrato, a medida que lancen líneas de productos y a medida que reorienten su negocio para aprovechar nuevas oportunidades. A medida que cambie el negocio de la fabricación de metales de precisión, cambiará con él el corte por láser (una tecnología fundamental que ha dado forma a la industria moderna de la chapa de precisión).

En resumen, seleccionar la opción correcta potencia de corte por láser Implica evaluar los requisitos de material, los objetivos de producción, las consideraciones de calidad, los factores de costo y la escalabilidad futura. Al evaluar cuidadosamente estos factores y consultar con profesionales de la industria, los fabricantes de metales pueden tomar decisiones informadas para garantizar operaciones de corte por láser eficientes y efectivas.