Laser Notching vs Die Cutting: Hagfræði rafskautsmyndunar

Höfundur: Dany Huang, Ph.D.

Forstjóri & R&D leiðtogi, TOB New Energy

Tengstu við Dr. Huang á LinkedIn

Yfirlit og lykilatriði

Rafskautsmyndun er skrefið þar sem rúmfræði frumunnar er fædd-og þar sem kostnaður á hvern hluta er ákveðinn. Vélræn skurður vinnur á fjármagnskostnaði við lítið magn og stöðugt snið. Laser skurður vinnur þegar sniðbreytingum, viðhaldi á mótum og galla sem tengjast burt eru verðlögð. Crossover lendir venjulega á milli 3 og 8 milljón rafskautshluta á ári, allt eftir sniði og þolflokki.

• Deyjaskurðarkostnaður byrjar nálægt USD 80.000–150.000 fyrir turnkey stöð; leysigeislahólf byrjar á USD 150.000–300.000fyrir sambærilegt afköst.
• Deyjaverkfæri er falinn endurtekinn kostnaður: Nákvæm rafskautsmót kostar 3.000–40.000 USD og þarf að skerpa á ný á 200.000–800.000 höggum, með fullri endurnýjun við sniðbreytingu.
• Trefjaleysisgjafar eru metnir 20.000–100.000 vinnustundirog skera hvaða rúmfræði flipanna sem er án þess að breyta verkfærum, en krefjast agaðan ryk- og gufuútdráttar til að vernda bæði ljósfræði og hreinleika frumunnar.
• Burr- og rykfjárveitingar ákveða ferlið:10 µm burr eða laus leiðandi ögn er galli sem styttir frumu; leysirskurður færir mengunarvandamálið frá burr til gufu, breytir öllu hreinleikaverkfræðinni.

Tvær leiðir eru til til að breyta húðuðum rafskautsvef í lagaðar rafskaut: hert stálmót sem stimplar sig í gegnum álpappírinn eða fókus leysigeisla sem gufar upp sömu útlínur. Báðir framleiða hluta. Hagkvæmni þessara tveggja leiða er ólík á þann hátt sem verður aðeins sýnilegt þegar heildarkostnaðarlíkanið felur í sér líftíma verkfæra, sniðbreytingar, burststýringu, rykstjórnun og galla-ekið rusl.

Mistökin eru að bera saman kaupverð. Skurðarvél er ódýr þar til þriðju sniðbreytingin er gerð. Laser er dýr þar til fyrsta nýja rafskautsformið kostar ekkert að framleiða.

Hvernig ferlarnir tveir skera í raun

Deyjaskurðurþrýstir sérsniðnum jörðu á rafskautsþynnuna með punch-and-die setti. Blaðið klippir virka efnishúðina og málmþynnuna í einu höggi, framleiðir hreina brún þegar teygjan er skörp og burr þegar svo er ekki. Hraði er mikill-vélar með einni stöð ná 60–120 höggum á mínútu og snúningsmót fara hraðar. Sérhver rafskautsform krefst eigin deyja.

Laser hakbeinir púlsuðum eða CW trefjaleysi meðfram rafskautsútlínum. Geislinn gufar efnið í kerf sem er venjulega 30–80 µm breiður. Ekkert líkamlegt verkfæri snertir hlutinn. Breyting á lögun rafskautsins er hugbúnaðaraðgerð-hlaða upp nýrri CAD skrá og skurðarslóðin uppfærist. Hraði fer eftir skurðarlengd á hluta frekar en högghraða.

Ferlarnir tveir koma ekki í staðinn í öllum tilvikum. Laser skurður ræður ríkjum í prismatískri myndun og rafskautsmyndun vegna þess að þessi snið breyta oft um lögun og krefjast rúmfræði flipanna sem deyjast illa. Skurðskurður heldur sterkri stöðu í sívalningslaga sniðum með miklu magni og í samfelldum veffóðruðum ferlum þar sem rúmfræðin er frosin í mörg ár.

Kostnaðardrifinn 1: Fjárfesting og verkfæri fyrirfram

Fjármagnssamanburðurinn verður að aðskilja vélina frá verkfærunum, því verkfæri eru þar sem klipping safnar kostnaði.

Fyrir verksmiðju sem keyrir eitt sívalur snið í fimm ár, vinna lágt vélarverð og afskrifuð verkfæri beinlínis. Fyrir verksmiðju sem þróar pokafrumur þar sem útlínur rafskautsins breytast á nokkurra mánaða fresti meðan á vöruþróun stendur, getur deyjakostnaðurinn einn og sér farið yfir verðálag leysisins á fyrsta ári.

Leiðslutími verkfræðinnar skiptir ekki síður máli og peningarnir. Nýtt tening tekur margar vikur að hanna, skera og staðfesta. Laserskurðarslóð er staðfest á einum degi. Í iðnaði þar sem ákvarðanir um frumusnið breytast með kröfum viðskiptavina hefur sá tímamunur raunverulegt viðskiptalegt vægi.

Kostnaðardrifi 2: Viðhald-Lífslímning vs

Slit er fyrirsjáanlegt og stanslaust.Hvert högg slípar skurðbrúnina. Teygjabrúnin hringsnúast, bursturinn vex og gæði skurðarinnar rýrna. Nauðsynlegt er að skerpa aftur á 200.000–800.000 höggum, allt eftir þykkt álpappírs, slípiefni húðarinnar og stálgráðu. Rafskautshúðin sjálf-sem inniheldur harðar oxíðagnir fyrir bakskaut-hraðar sliti á brúnum. Á milli skerpinga læðist burkhæð upp og hlutar nálægt lok skerpingarbilsins bera stöðugt verri brún gæði.

Brýning kostar 500–3.000 USD fyrir hverja þjónustu og tekur vélina ótengda. Tveggja skipta skurðarvél sem keyrir 400 högg á mínútu með 300.000 högga brýningarbil þarf að brýna á u.þ.b. 12 virka daga fresti. Þetta er endurtekinn niðurtími og kostnaðartaktur sem á heima í fjármálalíkaninu.

Leysigjafar hafa annan líftíma.Púls trefjaleysir er venjulega metinn fyrir 20.000–100.000 klukkustunda notkun. Við 20 vinnustundir á dag keyrir 50.000 klukkustunda uppspretta í næstum sjö ár áður en skipt er um hana. Að skipta um uppruna kostar 30.000–80.000 USD eftir því sem-mikill kraftur er, en einn atburður frekar en endurtekinn taktur.

Viðhald leysir einkennist af ljósfræði og rekstrarvörum í staðinn:

• Hlífðargler:skipt út á nokkurra hundruð til nokkur þúsund klukkustunda fresti, allt eftir reykmagni, á 20–100 USD hver.
• Stútur og hlífðargas:þjappað loft eða köfnunarefni við lítið rennsli, hverfandi kostnaður.
• Raka síunarefni:raunverulegur endurtekinn hlutur, verðlagður í næsta kafla.

Viðhaldssamanburður

Kostnaðarökumaður 3: Burr, Dust, and the Cleanliness Budget

Bæði ferlarnir mynda mengun. Gerðin er mismunandi og gerðin ræður hreinlætisverkfræðinni.

Deyjaskurður framleiðir burrs og vélrænt rusl.Slitinn teningur skilur eftir burt á skurðbrúninni-málmi sem fellur saman og getur stungið í gegnum skiljuna í fullbúnu klefanum. Iðnaðarmörk krefjast venjulega hæða undir 10–15 µm, og skurður nálgast þessi mörk aðeins þegar skurðurinn er nýbrýndur. Vélrænt ryk frá húðbroti losnar einnig frá skurðbrúninni og verður að fjarlægja það, venjulega með því að bursta eða ryksuga.

Laser hak framleiðir úða og úða úða.Uppgufaði málmur og kolefni þéttast aftur í fínar agnir. Sumir leggjast aftur á skurðbrúnina sem slóg; afganginn verður að fanga með útdráttarkerfi áður en hann sest á yfirborð filmunnar. Laus leiðandi ögn sem situr á yfirborði rafskauts er duld skammhlaup. Laser skurður krefst því:

• Staðbundinn gufuútdrátturá skurðarsvæðinu með nægilegan fanghraða til að draga strokinn áður en hann dreifist,
• HEPA-gráðu síunfyrir undirmíkróna málm- og kolefnisúðabrúsa,
• Brjóstastjórnun á brúní gegnum ferlibreytur (púlsorka, brennivídd, aðstoðargas) til að halda endur-útfellingu undir sömu 10–15 µm vikmörkum og burststýra skotmörkum.

Hreinlætisfjárhagsáætlun fyrir leysirhögg er raunveruleg en takmörkuð. Vel hannaður útdráttar- og síunarpakki bætir 10–15% við stöðvarkostnaðinn og ber neyslusíur, á meðan illa stjórnað deyjaferli felur mengun sína í rísandi burtstengdu rusli sem er erfiðara að rekja til. Samanburðurinn er ekki "hreinn vs. óhreinn" heldur "sýnilegur endurtekinn kostnaður vs. falinn gallakostnaður."

The Breakeven Taflan: Þar sem Laser Notching verður ódýrara

Ákvörðunarmælikvarðinn er kostnaður á hvern rafskautshluta, ekki vélarverð. Taflan hér að neðan sýnir árlega heildarkostnað-afskriftar véla, verkfæra, viðhalds og rykstjórnunar-þvert á framleiðslumagn fyrir meðalstærð rafskautasnið með einni sniðabreytingu á ári.

Forsendur: 5 ára afskrift; skurðarstöð 120.000 USD; leysistöð USD 230.000; einn teningur á hvert snið á USD 15.000; slípun á 300.000 höggum á 1.200 USD; leysigjafi afskrifaður á 50.000 klst. rykmeðhöndlun kostaði 8% af árlegum rekstrarkostnaði fyrir laser.

Crossover í þessari gerð situr á milli 1 og 2 milljón varahluta á ári. Tvær breytur færa það verulega:

• Sniðbreytingar á ári.Hver viðbótarsniðsbreyting bætir við deyjakaupum og ýtir crossovernum í átt að lægra bindi í þágu leysis.
• Umburðarlyndi flokkur.Burr-forskrift sem er hert úr 15 µm í 8 µm þvingar fram tíðari slípuslípun, hækkar kostnaðinn og dregur krossinn enn neðar.

Með 10 milljón hlutum á ári sýnir leysirskurður um það bil helming af árlegum kostnaði við að klippa í þessa uppsetningu. Undir 500.000 hlutum er skurður ótvírætt ódýrari og rétti kosturinn fyrir verk í litlu magni eða á byrjunarstigi.

A vs B: Þegar hvert ferli er rétta svarið

Verkfræðiákvörðunin er ekki „hvað ferli er betra“ heldur „hvaða ferlið passar við vegvísi vörunnar“. Samanburðurinn hér að neðan rammar það inn.

Rannsóknar- eða tilraunaaðstaða sem framleiðir frumgerð rafskauta í þúsundatali ætti næstum örugglega að klippa niður-eða jafnvel nota handvirka mótapressu-vegna þess að rúmmál réttlætir ekki leysifjármagn. Aðstaða til framleiðslu tilrauna-til-framleiðslu sem nærir vöruþróunarleiðslu ætti að fara snemma yfir í laser, vegna þess að sniðbreytingar meðan á þróun stendur myndi annars eyða kostnaðaráætlunum vikulega.

A háhraða leysirskurðarvélmeð samþættum rykútsog fyrir prismatískt rafskauts- og poka rafskautsmyndun ber hærri fyrsta reikning, en kostnaðarferill hans sléttast út þar sem skurðarvélin klifrar. Aftur á móti, anákvæmni rafskauta deyjaskerafyrir fast-snið með háu-magni sívalningsframleiðsla er áfram lægri heildarkostnaður vélin þegar sniðið er frosið og magnið er mikið. Vélarnar tvær eru viðbót í fullri verksmiðju, ekki keppinautar í hverju útboði.

Velja eftir gögnum, ekki eftir vana

Endurtekið mynstur í innkaupum á rafhlöðubúnaði er ekki að verkfræðingar velji rangt ferli. Það er að þeir velja ferlið sem þeir notuðu síðast. Kostnaðarlíkanið hér að ofan er nógu einfalt til að keyra á töflureikni, og það ætti að keyra það fyrir hverja nýja línu, vegna þess að crossover hreyfist með sniði, þolflokki og filmuþykkt.

Þrír gagnapunktar gera líkanið heiðarlegt:

• Raunleg högg á milli skerpinga á markefninu-mæld á prufumóti, ekki vitnað í af verkfærasmiðnum.
• Burr vaxtarferill yfir skerpingarbilið, til að vita hvenær hlutar byrja að mistakast í forskriftinni.
• Raunverulegur rykmeðhöndlunarkostnaður fyrir leysirinn, þar á meðal síuefni og rusl sem rekja má til agnagalla.

Með þessum þremur tölum hættir jöfnunartaflan að vera fræðileg og verður plöntusérstakt svar.

Algengar spurningar: Laser Notching vs Die Cutting

Hvort er ódýrara, laserskurður eða skurður?
Undir u.þ.b. 1 milljón rafskautahlutum á ári með stöðugu sniði er skurður ódýrari. Yfir 2 milljónir hluta á ári, eða með tíðum breytingum á sniði, hefur leysirskurður lægri heildarkostnað á ári vegna þess að verkfæri og skerpa hverfa.

Hversu lengi endist uppspretta laserskurðarvélar?
Púlsað trefjar leysigjafar eru metnir fyrir 20.000–100.000 vinnustundir. Á tveimur vöktum á dag, keyrir 50.000 klukkustunda uppspretta um það bil sjö árum áður en skipt er um, á móti slípun á nokkurra vikna fresti á vélrænni skeri.

Skapar leysigeislun rykvandamál?
Já, en öðruvísi. Laserskurður framleiðir úðabrúsa úr málmi og kolefnisgufum sem þarf að draga út á skurðsvæðinu og HEPA-sía. Skurður varpar vélrænu rusli og burrs. Bæði ferlarnir verða að hafa sama brún og kostnaðarhámark agnahreinleika-um 10 µm-með mismunandi aðferðum.

Getur skurðartæki séð um nýtt rafskautssnið?
Aðeins með nýjum teningi, sem kostar USD 3.000–40.000 með 4–8 vikna afgreiðslutíma. Geislaskera breytir um sniði með því að hlaða upp nýrri skornu rúmfræði, venjulega staðfest innan dags.

Hvaða rafskautsþykkt getur leysirskurður skorið?
Trefjaleysir hakkhúðuð álpappír frá 8 µm berri álpappír upp í u.þ.b. 30–40 µm álpappír með 60–120 µm tvíhliða húðun. Þyngri marglaga flipar gætu þurft margar sendingar eða blendingaaðferð.

Tæknileg tilvísun unnin af TOB New Energy vinnsluverkfræðihópnum úr rafskautsmyndandi línuuppsetningum yfir prismatískum, poka- og sívalur frumuforritum. Fyrir jafnvægislíkan á þínu tilteknu sniði skaltu tengjast Dr. Dany Huang á LinkedIn eða senda framleiðslubreytur þínar til Xiamen verkfræðiborðsins.