Cómo los talleres de fabricación de chapa pueden generar beneficios con el corte por láser

Las cotizaciones basadas únicamente en el tiempo de corte por láser pueden generar pedidos de fabricación, pero también podrían generar empleos que pierdan dinero, especialmente cuando los márgenes son reducidos para los fabricantes de chapa metálica.

En lo que respecta a 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 el piercing? ¿Tasa de aceleración? ¡Hagamos un estudio de tiempo para ver cómo se ve el tiempo de ejecución! Si bien todos estos son puntos de partida perfectamente buenos, ¿son realmente las variables que debemos sopesar al reflexionar sobre la fórmula del éxito?

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

Para encontrar posibles costos ocultos en el corte por láser, debemos examinar la utilización de mano de obra, el tiempo de actividad de la máquina, la coherencia en el tiempo de ejecución y la calidad de las piezas, cualquier posible retrabajo y la utilización de materiales. 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 auxiliar utilizado) y mano de obra. A partir de ahí, los costos se pueden desglosar con mucho mayor 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 las cosas se vuelven un poco turbias es cuando abordamos un costo en una columna sin considerar completamente las ramificaciones sobre los costos en una columna diferente.

La idea de maximizar el uso material puede no ser una revelación para nadie, pero tenemos que sopesar su beneficio con otras consideraciones. Al calcular el coste de una pieza, encontramos que en la mayoría de los casos, el material consume la mayor porción 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 pieza simultáneamente. Pero esta técnica tiene algunas limitaciones. Depende mucho de la geometría. Las piezas pequeñas propensas a volcarse deberán unirse de todos modos para mantener estable el proceso, y alguien tendrá que separarlas y tal vez desbarbarlas. Esto añade tiempo y trabajo, que no es gratuito.

La separación de piezas 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 del corte. Crearlos no tiene ningún impacto en el tiempo de ejecución, porque la viga permanece en la ranura; no es necesario volver a ingresar el material después de crear la pestaña (consulte la Figura 2). Esta tecnología está disponible sólo en determinadas máquinas. Dicho esto, es sólo un ejemplo de cómo algunos de los últimos avances ya no se refieren sólo a la velocidad de corte.

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

La tendencia de los últimos años ha sido reducir la distancia entre la boquilla y la pieza de trabajo. La razón es simple: los láseres de fibra son rápidos y los láseres de fibra grandes son realmente rápidos. El impresionante aumento del rendimiento requiere un aumento paralelo de los caudales 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 los vuelcos se vuelven un problema mayor.

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

Si el programa tiene dificultades especiales con los volcamientos de piezas, entonces tendría sentido elegir una técnica de corte que utilice una mayor desviación de la boquilla. 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 conlleva una mayor compensación de la boquilla.

Otra opción para superar el vuelco de piezas es incorporar destrucciones de slug, creadas manual o automáticamente con software. Aquí nuevamente tenemos que tomar una decisión. Las operaciones de destrucción de babosas aumentan la confiabilidad del proceso, pero también aumentan los costos de consumibles y ralentizan el programa.

La forma más lógica de decidir si se utilizan slug-destructs es considerar la probabilidad de que una pieza 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 la babosa y dejarla caer de forma segura.

Si el contorno del problema es la pieza entera, entonces realmente no tenemos una alternativa; necesitaremos tabularla. Si un contorno interior está causando problemas, entonces debemos comparar el tiempo y el costo del tabulado versus la destrucción de las babosas.

Ahora la pregunta es sobre el costo. ¿Agregar una micropestaña hará que sea más difícil sacar la pieza o la babosa del nido? Si hacemos una destrucción de babosas, aumentaremos el tiempo de funcionamiento del láser. ¿Es más barato agregar mano de obra adicional para la separación de piezas o es más barato aumentar el tiempo de funcionamiento según la tarifa por hora de la máquina? Dada la mayor tarifa por hora de la máquina, es probable que se reduzca exactamente la cantidad de trozos que deben cortarse en trozos pequeños y seguros.

La mano de obra es un factor que contribuye enormemente al costo y es importante gestionarlo cuando se intenta competir con mercados de bajo costo laboral. El corte por láser tiene mano de obra asociada con la programación inicial (aunque el costo disminuye en 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 proporción de la tarifa por hora de un operador láser que podremos 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 automático de boquillas, monitoreo activo de la calidad del corte y control de la velocidad de avance. Son una inversión, pero el ahorro de mano de obra resultante puede justificar el costo.

La tarifa por hora cargada de una máquina láser depende del rendimiento. Imaginemos una máquina que produce en un turno lo que antes se 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 necesarias para realizar la misma cantidad de trabajo. Cuando reducimos a la mitad el número de láseres, también reducimos a la mitad nuestros costes laborales.

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, incluido el monitoreo del estado de la máquina, inspecciones automáticas de las boquillas y sensores de luz dispersa que detectan contaminación en el vidrio protector del cabezal de corte. Hoy en día podemos utilizar la inteligencia de las interfaces de las máquinas modernas para mostrar cuánto tiempo nos queda hasta el próximo mantenimiento.

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 usanza (con mucho esfuerzo y una actitud positiva), debemos asegurarnos de que las tareas de mantenimiento se realicen, se hagan bien y en el momento oportuno.

FIGURA 2. Los avances en el corte por láser continúan centrándose en el panorama general, no solo en la velocidad de corte. Por ejemplo, este método de nanopestañas (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 condiciones óptimas de funcionamiento 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 verdaderamente productivo. Una puntuación 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 se acerca al 60%, aunque una OEE típica depende de la aplicación, la cantidad de máquinas y la complejidad de la operación. De todos modos, la perfección OEE es un ideal por el que vale la pena esforzarse.

Imaginemos que recibimos una solicitud de cotización (RFQ) para 25.000 piezas de un cliente importante y conocido. Asegurar este trabajo podría afectar en gran medida el crecimiento futuro de nuestra empresa. Entonces, cotizamos $100 000 y el cliente acepta. Ésa es la buena noticia. La mala noticia es que nuestros márgenes son muy reducidos. Por este motivo, tenemos que estar seguros 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 reducidos, 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 cristal 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 utilizamos para calcular mi tiempo de ejecución total) podría ser menor. Esto reduce nuestro OEE y alarga 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 papelera? Una puntuación de calidad baja en el cálculo de la OEE puede resultar muy perjudicial.

Los costos de producción para el corte por láser son mucho más detallados que simplemente cobrar por el tiempo del láser. Las máquinas herramienta modernas ofrecen una serie de opciones para ayudar a los fabricantes a alcanzar los altos niveles de transparencia necesarios para seguir siendo competitivos. Para seguir siendo rentables, sólo 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.