レーザー切断のレイアウトを最適化して素材の使用効率を高め、廃棄物を減らすためのコツ

大量のレーザー切断生産では、2〜3% の材料廃棄率でさえ、数万の部品に掛けると深刻なコストになる可能性があります。 多くの場合、この損失はマシン自体ではなく、非効率的なレイアウト計画とネスティングによって引き起こされます。

このガイドでは、よりスマートなネスティング戦略、より優れたスペーシングルール、コモンラインカット、部品回転、および残骸のより効果的な使用を通じて、レーザー切断レイアウト効率を改善する方法について説明します。 次の大規模なバッチの前に材料の使用に影響を与えるものを理解することにより、メーカーはスクラップを削減し、部品あたりのコストを削減し、生産品質をより一貫性に保つことができます。

1.レーザー切断でネスティングとは何ですか?

ロールアウトされた生地のシートからできるだけ多くのクッキーをカットしようとしたことがあるなら、あなたはすでにネスティングの基本的な考え方を理解しています。 各カッターを最後のカッターの近くに配置し、形状を回転させてオープンスペースを埋め、エッジの周りの材料を無駄にしないようにします。

レーザー切断のネスティングも同じ原理に従いますが、より高い賭け金、より厳しい公差、およびより高価な材料があります。 これは、可能な限り多くのシートが使用可能な製品になり、可能な限りスクラップになるように、原材料のシート上に2次元の部品形状を配置するプロセスです。

レーザー切断では、ネストされたレイアウトは、マシンが従う実際の切断計画になります。 これは、レイアウト段階で行われたすべての決定が、材料の消費量、廃棄物率、製造時間、および各完成部品の最終コストに直接影響することを意味します。

ネスティングは、次のような製造業で広く使用されています。

2.材料効率を決定する主な要因

材料の使用を最適化することは、どの変数がレーザー切断レイアウトに最大の影響を与えるかを理解することから始まります。 多くの要因がシートの利用に影響を与える可能性がありますが、最も重要な2つは、部品の形状と、カーフの幅と最小クリアランスの関係です。

2.1部分の幾何学と複雑さ

各部品の形状は、シート上にどのようにしっかりとピースを配置できるかの最大の要因の1つです。 単純な長方形または正方形の部分は、最小限のギャップでタイル張りが簡単ですが、湾曲したプロファイル、内部の切り欠き、タブ、ノッチ、および不規則なエッジは、近くの部分が簡単に埋めることができない開いた領域を作成することがよくあります。

ただし、複雑なジオメトリは、より適切な最適化の機会も生み出します。 凹状部分は、一致する凸状のエッジにぴったりとフィットし、2つの同一のL字型部分が正しく回転すると連動する可能性があります。 これが、生産を開始する前にジオメトリを注意深く見直す必要がある理由です。

2.2カーフ幅と最小部品間隔

レーザーが材料を切断すると、カーフと呼ばれる狭いストリップが除去されます。 レーザーの種類、材料、厚さに応じて、カーフの幅は通常0.1mmから0.4mmの範囲です。単一のカーフは小さいように見えるかもしれませんが、数百または数千のカットにわたる累積的な材料損失は重大になる可能性があります。

カーフの幅は、部品をどれだけ近くに配置できるかも制限します。 部品が近すぎると、1つのプロファイルの切断経路が隣接する部品に侵入し、寸法エラー、エッジの損傷、またはコンポーネントの拒否を引き起こす可能性があります。

カーフ自体を超えて、熱は材料に応じてわずかな焦げ、反り、融解、または荒いエッジを引き起こす可能性があります。 より厚いまたはより熱に敏感な材料は通常、クリーンで正確な結果を維持し、後処理を減らすために、より多くの間隔を必要とします。

3.最大効率のためのレーザー切断レイアウトのヒント

3.1真の形のネスティングを使用して材料利用を最大化する

一般的な手動レイアウト方法は、境界ボックスとも呼ばれる各部分の周りに架空の長方形を描画し、それらの長方形を行と列に配置することです。 この方法は高速で直感的で、単純な正方形または長方形の部品に適しています。

この問題は、部品のプロファイルが不規則な場合に発生します。 たとえば、L字型ブラケットの周りのバウンディングボックスは、その領域の多くが空であっても、大きな長方形の領域を占める場合があります。 フルシート全体で、これらの未使用のポケットはすぐに利用率を減らすことができます。

トゥルーシェイプネスティングは、単純化された長方形ではなく、実際の輪郭に従って部品を配置します。 これにより、凹面と凸面のエッジを組み合わせることができ、小さな部品を大きな形状の内側または周囲の開いた領域に配置できます。 バウンディングボックスのレイアウトと比較して、真の形状のネスティングは、多くの場合、シートあたり5〜15% 多くの使用可能領域を回復できます。

3.2ジオメトリが許可するときに共通線切断を使用する

コモンラインカッティングは、隣接する部品がカットエッジを共有できるようにする高度なネスティング手法です。 レーザーは、隣接する部品間で2本の別々の線を切断する代わりに、1本の共有線を切断します。 これにより、カーフの損失を減らし、切断経路を短くし、機械の時間を節約できます。

この方法は、類似または同一の部品に正確に整列できる直線のエッジがある場合に最適に機能します。 共有カットラインの逸脱は両方の部分に影響を与える可能性があるため、慎重なレイアウト計画とより厳格なプロセス制御が必要です。 互換性のある形状の大量生産の場合、潜在的な材料の節約は、追加の計画努力の価値がある可能性があります。

3.3可能な場合は、部品の回転とミラーリングを許可します

1つの方向でスペースを浪費する部分は、90 ° または180 ° 回転すると、はるかにうまくフィットする可能性があります。 レイアウトプランニング中に回転を許可すると、ネストソフトウェアまたは設計者はより多くの配置オプションを提供し、隣接するパーツ間の厄介なギャップを簡単に埋めることができます。

ミラーリングは、特に非対称部品の場合、さらに緊密な配置のロックを解除できます。 2つのミラー化されたコピーは、同じ方向の2つの部分よりも効率的に一緒に収まります。

しかしながら、回転およびミラーリングは常に可能ではない。 穀物の方向、表面仕上げ、片面コーティング、印刷面、または顧客向けの視覚的要件により、シートへの部品の配置方法が制限される場合があります。

3.4レーザーソフトウェアを使用してレイアウトの最適化を自動化する

を含む多くの近代的なレーザーソフトウェアプラットフォーム LaserMaker、組み込みのネストおよびレイアウト最適化ツールが含まれます。 これらのツールは、部品を自動的に回転、並べ替え、配置して、未使用のシート領域を減らし、材料の使用率を向上させることができます。

手動配置と比較して、自動ネスティングは、特に複雑な形状、混合部品サイズ、またはハイミックスプロダクションで作業する場合、プログラミング時間を節約し、より一貫した結果を提供します。 多くのワークショップでは、組み込みのネスティングアルゴリズムを使用して、機械や切断プロセスを変更せずにレーザー切断レイアウトの効率を向上させる最速の方法の1つです。

4.一般的なレーザー切断ネスティングミスとその回避方法

経験豊富なデザイナーでも、生産効率を低下させるレイアウト決定を行うことができます。 大量生産では、小さなデジタルレイアウトの間違いが、重大な材料の無駄、品質の問題、または機械のダウンタイムに悪化する可能性があります。

4.1カーフとクリアランスを無視する

レイアウトは画面上でコンパクトに見えるかもしれませんが、隣接する部品間の間隔がカーフ幅と最小クリアランスを考慮していない場合、レーザーパスは隣接するプロファイルに近づきすぎる可能性があります。 これにより、寸法の不正確さ、エッジの損傷、または部品の不合格につながる可能性があります。

実際には、きつすぎるレイアウトは、スクラップや手直しのリスクを高めるため、少し緩いデザインよりも多くの材料を無駄にする可能性があります。

4.2サイズベースのシーケンスのない部品の配置

もう1つのよくある間違いは、デザインファイルまたはジョブリストに表示される順序でパーツを配置することです。 これにより、多くの場合、小さな部品または中程度の部品が大きな連続領域を早く占有しすぎて、大きな部品では使用できなくなった断片化されたスペースのみが残ります。

より効果的な戦略は、最初に最大の部品を配置し、次に中程度の部品を使用して残りのスペースを埋めることです。 これにより、レイアウトの柔軟性が最も高くなり、産業用パッキングと最適化で使用されるのと同じロジックに従います。

部品サイズの範囲が広いジョブの場合、大きいものから小さいものまで入れ子にすると、通常、切断パラメーターやソフトウェア設定を変更せずに、任意またはファイルオーダーの配置と比較して、使用可能なシート領域を約3〜7% 多く回復できます。

5.結論

効率的なレーザー切断レイアウトは、単により多くの部品をシートに取り付けることではありません。 それは、発生源での廃棄物の管理に関するものです。 部品の形状を理解し、カーフとクリアランスを管理し、回転とミラーリングを賢く使用し、自動ネスティングツールを適用することで、メーカーはより高い材料効率とより安定した生産品質を実現できます。

これらの原則が一貫して適用される場合、レイアウトの最適化は、スクラップを削減し、部品あたりのコストを削減し、大量のレーザー切断生産の信頼性を向上させるためのスケーラブルな戦略になります。