激光模切机与人工刀模混切生产线测试报告

激光模切机与人工刀模混切生产线测试报告

报告编号：LM-HC-2023-08A

测试项目：激光模切机与传统人工刀模混合作业生产线效能与适应性测试

测试日期：2023年10月15日-2023年10月30日

测试部门：生产部、技术研发部、品质管理部

报告撰写人：[您的姓名/部门]

一、摘要

为应对当前市场对小批量、多品种、高精度模切产品日益增长的需求，同时兼顾大批量标准订单的生产效率，我司引进了新型激光模切机，并设计了将其与传统人工刀模生产线进行混合生产的作业模式。本次测试旨在全面评估该混切生产线的综合性能，包括生产效率、加工精度、材料适应性、操作便捷性及综合成本。测试结果表明，该混切模式成功融合了两种技术的优势，在灵活性、精度和复杂图形处理上表现卓越，是提升我司核心竞争力的有效途径。

二、测试背景

传统人工刀模在长期的大批量、标准化产品生产中发挥着稳定作用，但其存在制作周期长、修改成本高、难以应对复杂图形等固有局限。而激光模切技术以其无需物理刀模、数字化操作、极致柔性等特点，完美弥补了传统方式的不足。为平稳过渡并最大化利用现有资源，我们决定不立即全面替换旧有设备，而是探索一条“激光”与“刀模”协同作业的创新生产路径。

三、测试设备与材料

1.设备：

激光模切机：科思创G系列1000W二氧化碳激光模切机，配备自动送料平台及视觉定位系统。

人工刀模生产线：半自动平压平模切机及配套刀模。

辅助设备：材料架、复卷机、品检台。

2.测试材料：

PET双面胶（厚度：0.05mm,0.1mm）

3MVHB泡棉胶带（厚度：0.5mm,1.0mm）

导电布

硅胶垫

保护膜

四、测试过程与方法

1.效率对比测试：

刀模线：选取一款标准手机电池盖板双面胶进行连续生产，记录从装模、调试到稳定生产的全周期时间及每小时产出。

激光线：对同一产品，进行CAD文件导入、参数设置（功率、速度、频率）到开始切割的时间，并记录每小时产出。

混合作业：模拟一个订单，其中80%为标准形状（使用刀模），20%为带异形孔和复杂轮廓的变种（使用激光）。测试订单切换的整体耗时。

2.精度与质量测试：

使用二次元影像测量仪，对两种方式产出的产品进行关键尺寸（如外轮廓、内孔）测量，对比设计图纸的公差符合率。

通过显微镜观察切割断面，评估毛边、熔融、碳化等情况。

对模切后的材料进行剥离力测试，检查是否有残胶或撕烂现象。

3.柔性化与复杂性测试：

设计包含极细缝隙（<0.3mm）、尖角、嵌套阵列的复杂图形，分别在两条线上进行试制，评估其实现能力与良品率。

4.成本分析：

统计刀模的制作费用、使用寿命和单次摊销成本。

核算激光设备的能耗、气体消耗、镜片等耗材成本及设备折旧。

五、测试结果与分析

1.生产效率：

大批量生产：对于单一品种、数量超过5000件的订单，人工刀模生产线在稳定运行后，速度优势明显，平均效率比激光模切高约15%-20%。

小批量多品种：对于500件以下或需要频繁换线的订单，激光模切的优势是压倒性的。其换产时间仅为2-5分钟（文件传输与参数设置），而刀模换产则需要30分钟至数小时（换模、调机）。

混合作业效能：混切模式在处理“基础款+定制款”组合订单时，展现出极高的协同效率。基础部分由刀模线高速完成，复杂定制部分由激光线无缝衔接，整体订单交付时间比纯激光或纯刀模方案缩短了25%以上。

2.加工精度与质量：

精度：激光模切机的加工精度稳定在±0.05mm以内，远高于人工刀模的±0.1mm（受刀模磨损、装机精度影响）。视觉定位系统确保了极高的重复定位精度。

切口质量：激光切割断面光滑，无毛边，尤其在处理胶粘类材料时，能有效避免传统冲压可能引起的胶层变形、溢胶问题。但对于某些厚泡棉（如1.0mmVHB），激光切割边缘有轻微熔融层，需通过优化参数（如采用脉冲模式）来改善。刀模切割断面干净，但对材料韧性和刀模锋利度依赖性强。

3.柔性化与复杂性：

激光模切机完美实现了所有复杂图形的切割，包括0.25mm的微缝。而人工刀模在制作此类图形时，刀具易断，良品率极低，甚至无法实现。

4.成本分析：

刀模成本：单个刀模制作费用在500-2000元不等，适合大批量摊销。

激光成本：无模具费，但存在设备折旧和运营成本（电、气）。经测算，对于500件以下的订单，激光的单件成本显著低于刀模（省去了模具费）；当订单量超过3000件时，刀模的单件成本优势开始显现。

六、结论与建议

结论：

激光模切机与人工刀模混切生产线是一种高效、经济且极具前瞻性的生产模式。它成功地将激光技术的“柔性、精密、快速响应”与刀模技术的“稳定、高效、低成本”相结合，实现了“1+1>2”的协同效应。该模式特别适合我司当前产品结构多元化、订单碎片化的发展趋势。

建议：

1.订单分流：建立标准作业程序（SOP），根据订单数量、图形复杂度和交期，自动将任务分流至刀模线或激光线。

2.深化混合应用：鼓励研发和销售部门利用激光的柔性优势，开发更多具有复杂结构的创新产品，提升产品附加值。

3.人员培训：加强对操作人员的培训，使其熟练掌握激光绘图软件（如AutoCAD）和设备维护技能。

4.远期规划：随着激光设备效率的进一步提升和成本的持续下降，可考虑在未来逐步增加激光设备的比重，形成以激光为主、刀模为辅的终极生产格局。

七、问答环节（Q&A）

Q1：在混切生产线上，如何快速决定一个订单该用激光还是刀模？

A：我们制定了一个简单的决策矩阵：

优先使用激光模切：

1.订单数量<500件（具体阈值可根据材料成本微调）。

2.图形包含极细线条、尖角、复杂曲线或频繁修改。

3.样品制作、打样阶段。

4.材料非常脆弱或对压力敏感，不适合冲切。

优先使用人工刀模：

1.订单数量>3000件，且图形稳定，长期生产。

2.对切割速度有极致要求的大批量标准品。

3.材料厚度和韧性非常适合冲压工艺。

Q2：激光模切是否存在环保或安全问题？如何处理？

A：是的，主要问题是烟雾和激光辐射。

烟雾处理：激光切割会产生烟雾和微粒。我们的设备配备了高性能的集尘系统和烟雾净化器，能将有害物质过滤后达标排放，确保车间空气清洁。

激光安全：设备完全封闭，并安装了互锁安全装置。一旦舱门被打开，激光会立即停止发射，确保操作人员绝对安全。所有操作人员都必须经过严格的安全培训。

Q3：激光模切机的运营维护成本高吗？主要消耗品是什么？

A：相比传统机床，激光模切机的维护更偏向于技术性和周期性。其主要运营成本包括：

电力消耗：是主要成本之一，但新一代设备的能耗效率已大幅提升。

辅助气体：如氮气（用于无氧化切割）、压缩空气，根据材料和工艺要求使用。

光学镜片：保护镜、聚焦镜等需要定期清洁和更换，属于常规耗材。

真空泵、除尘滤芯：也是定期更换的部件。

总体来看，其单小时运营成本是可预测和可控的，且因省去了高昂的模具费，在多数场景下综合成本更具优势。

Q4：混切模式对生产计划和管理提出了更高要求，如何应对？

A：这确实是关键。我们通过以下方式优化管理：

引入MES（制造执行系统）：将订单信息、设备状态、工艺流程数字化。系统可根据预设规则自动排产，实现两种设备之间的任务协同和物料流转。

建立柔性物料流：设计通用的物料承载工具（如卷料轴、平板台），确保材料能在两条生产线之间快速切换和转移。

培养多能工：培训操作员能够同时胜任激光机和模切机的操作，增强生产调度的灵活性。

Q5：未来，激光模切会完全取代人工刀模吗？

A：在可预见的未来，不会是完全取代，而是“融合发展，各司其职”的关系。就像数控机床没有完全取代所有传统机床一样。激光模切将在高柔性、高精度、快速响应的领域成为主流，特别是在消费电子、医疗器械等领域。而人工刀模凭借其在超大批量、结构简单产品上无与伦比的效率和成本优势，仍将保有其一席之地。我们的混切模式，正是这种产业演进过程中的最优实践。