Lasertoleranzen: Ingenieure geben sie möglicherweise vor, aber wenn sie nicht wirklich benötigt werden, kosten sie nur Geld!

Obwohl beide, Laser und Plasma, Metall mit Hilfe eines thermischen Verfahrens schneiden, funktionieren sie auf sehr unterschiedliche Weise. Unabhängig vom Typ – CO₂ oder Faser – verwendet der Laser einen intensiven, kohärenten Strahl aus monochromatischem Licht, der durch eine stimulierte Emission elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird. Ein fokussierter Lichtstrahl hat den Vorteil, dass er extrem enge Toleranzbereiche einhalten kann. Das Verfahren unterliegt geringeren Schwankungen. Im Allgemeinen kann ein Laser Schneidteilmaßtoleranzen von unter 0,25 mm einhalten.* Plasma andererseits verwendet ein bis zum Ionisierungspunkt energetisiertes Gas, um einen hochkonzentrierten Lichtbogen zu erzeugen, der die Energie bei einer außerordentlich hohen Temperatur fokussiert. Dies führt zu Schneidteilmaßtoleranzen von etwa 0,5 mm* bei Verwendung eines X-Definition^®-fähigen Plasmasystems.

Bei den Toleranzen für Teile und den Fertigungsprozessen sind Kompromisse zu berücksichtigen. Einer davon sind die Kosten, die durch unnötig hohe Anforderungen verursacht werden – die oben beschriebenen Unterschiede zwischen Laser- und Plasmatoleranzen bewegen sich im Bereich der Dicke einer üblichen Visitenkarte! Bevor Sie sich also nach „Laserqualität“ erkundigen oder sich für Lasergeräte und ein Upgrade bei den Einrichtungen für neue Geräte entscheiden, sollten Sie sich fragen: „Benötige ich wirklich diese sehr engen Toleranzen für dieses Teil?“

Verborgene Kosten für engere Toleranzen

Als allgemeine Regel gilt: Engere Maßtoleranzen verursachen zusätzliche Kosten in Ihrem Fertigungsbetrieb und bei dem Produkt. Wenn Form oder Funktion des Teils tatsächlich keine engen Toleranzen erfordern, belasten diese strengeren Spezifikationen Ihren Betrieb mit unnötigen Kosten. Kosten, die den Gewinn mindern oder die Firma gegenüber dem Wettbewerb benachteiligen können, oder beides.

Engere als tatsächlich notwendige Toleranzen können Ihren Betrieb auf folgende Weise finanziell belasten:

• Die Vorabkosten der Werkzeugmaschine, die erforderlich ist, um die Toleranzen einzuhalten. Im Falle eines Lasers gegenüber einem X-Definition-, XPR^®-Plasmasystem können die unterschiedlichen Investitionskosten viele hunderttausend Dollar betragen. Hohe Investitionen wirken sich auf die Bilanz und Abschreibungskosten eines Unternehmens aus.
• Die Kosten für die Inspektionsausrüstung. Engere Toleranzen stehen im Allgemeinen im Zusammenhang mit höheren Kosten für Inspektionsgeräte. Wenn Ihre Toleranzen mit einem Maßband oder anderen Low-Tech-Geräten gemessen werden können, sind Ihre Kosten für Inspektionsgeräte minimal. Wenn andererseits Ihre Toleranzen ein komplexeres Messwerkzeug erfordern, zum Beispiel eine CMM (Koordinatenmessmaschine), können Ihre Investitionskosten bis zu 120.000 USD betragen. Noch schlimmer: Wenn Sie Toleranzen angeben, die Sie nicht genau messen können, geben Sie möglicherweise Geld für etwas aus, das Sie schlussendlich nicht erhalten.
• Häufigkeit der Messung und Schulung, die zum Implementieren des Messprogramms erforderlich ist. Je enger die Toleranzen sind, desto häufiger sind Messungen und Schulungen erforderlich, um die Messausrüstung zu verwenden. Bei dem vorherigen Beispiel unterscheiden sich die Schulungs- und Gehaltsstufen, die ein Mitarbeiter zum Messen von Toleranzen mit einem Maßband benötigt, sehr von denen, die eine CMM (Koordinatenmessmaschine) verwenden.
• Abfall. Ein weiterer Kostenanstieg steht im Zusammenhang mit dem Abfall. Das Schneidverfahren muss sich seine Eignung erwiesen haben, die angegebenen Toleranzen einzuhalten. Wenn diese Eignung gering ist oder sich im Laufe der Zeit verschlechtert, ist wahrscheinlich mit mehr Abfall zu rechnen.
• Probleme bei der Lieferkette. Das Festlegen engerer Toleranzen können auch Ihre Möglichkeiten beim Outsourcing oder der Suche nach geeigneten Lieferanten einschränken. Der Wettbewerb unter den Lieferanten kann reduziert werden, was wiederum zu einem höheren Preis für Sie führen kann.
• Geringerer Durchsatz . Die Anforderung an engere Toleranzen kann eine verringerte Schnittgeschwindigkeit und Durchsatzleistung mit sich bringen. Je nach Materialart und -stärke können als Ergebnisse erheblich höhere Betriebskosten und weniger produzierte Teile in jedem Zeitabschnitt zur Folge haben.

Um den Gewinn zu optimieren, sollten Sie gemeinsam mit der technischen Entwicklung und dem Betrieb einen strengen DFM-Prozess (Design for Manufacturability) einführen, damit die Teile für die benötigten Funktionen richtig dimensioniert und spezifiziert werden.

Wenn beispielsweise ein Teil vom Schneidtisch zum Schweißplatz wechselt, wo die Schweißnahttoleranz die in der Bauteilspezifikation angegebene Maßtoleranz deutlich übersteigen kann, sind die in der Bauteilgestaltung angegebenen engen Toleranzen möglicherweise bedeutungslos.

Lassen Sie sich nicht von der Denkweise „enger ist besser“ täuschen, wenn es um Toleranzen geht. Teilespezifikationen sollten im Hinblick auf die Kosten und die funktionalen Kompromisse betrachtet werden, um unnötige Fertigungsinvestitionen und -kosten zu vermeiden.

*Die Maßtoleranzen können je nach Stärke des zu schneidenden Metalls variieren.

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