ToolTech har varit uppdragsgivare till detta examensarbete, detta företag har sin verksamhet fem mil norr om Luleå. ToolTech har specialiserat sig i att designa och tillverkar fixturer för 3D-laserskärning. Fixturer vilka används inom bilindustrin för att hålla-, svetsa- och laserskäraplåt använder nästan uteslutande pneumatiska spännare. Här har ToolTech identifierat en möjlighet att förbättra deras position på marknaden igenom att skapa en egen lösning för att ersätta pneumatiska spännarna i deras fixturer för 3D-laserksärning.Syftet med examensarbetet är att undersöka vilka andra metoder än pneumatiska spännare det finns på marknaden. Utifrån detta skapa en jämförelse samt välja en metod att hålla plåt. Efter detta skapa en prototyp för att testa i en lasercell.Detta examensarbete är ett produktutvecklingsprojekt vilket har gjort att Ulrich & Eppingers metod valdes för att produktutveckla. Dock enbart i fasen ”Konceptutveckling”. Detta innebär mängder med nya koncept har skapats och den bäst lämpade lösningen har realiserats i slutet av projektet. Verktyg denna fas använder sig av är Benchmark, Kravspecifikation, Brainstrom, 012-matris, Pugh-matris och CAD-modeller.Resultatet blev en liten och nätt lösning med en längd på 117 mm och en diameter på 35 mm. Denna lösning består av två komponenter samt ett skal i aluminium vilket ska omsluta och skydda elektromagneten. Komponenternas syfte är dels att hålla fast plåten i fixturen men även säkerställa att inget damm finns mellan magneten och plåten, detta är viktigt därför att magneten tappar hållkraften kvadratiskt beroende på avståndet mellan ytorna mellan plåt och magnet.Att välja en elektromagnet medför nya problem och fördelar. Det största och mest påtagliga problemet är att det bildas ett damm vid laserskärning vilket är magnetiskt. Prototypen och denna rapport blir ett verktyg för att fortsätta utveckla ToolTech’s fixturer. Detta kan leda till kortare cykeltider i lasercellen och lägre komponentpris per fixtur. Även minska antalet timmar ToolTech’s konstruktörer behöver lägga vid ritbordet för att designa varje fixtur.

An investigation of the heat impact of laser cutting on the material properties when producing tensile and impact test specimens of different steel types of varying thickness has been performed. The purpose of the thesis project was to provide recommendations regarding how much material that needs to be milled from the laser cut edge before tensile and impact tests. The study has been performed partly by investigating the test specimens by heat camera when the specimens were cut in the laser cutting line and partly by performing hardness tests, investigation by microscopy, and tolerance and roughness measurements and tensile tests of the laser cut material and material produced in the traditional multi operation machine. The results show that the heat affected zone in the thicker materials is greater than previously thought of, and that the currently used recommendation has to be adjusted. The study clearly shows that the thicker the material, the greater the heat affected zone, independently of the steel type, since the thicker material takes longer time to cut. The slower the cutting the longer time for the heat to impact each part of the material. It has also been shown that it is likely possible to completely omit the milling operation before tensile test of thin and soft materials. / En undersökning avseende laserskärningens värmepåverkan på materialegenskaperna vid producerandet av drag- respektive slagprovstavar av 11 olika stålsorter i varierande tjocklek har utförts. Samtliga stål ingår i SSAB EMEAs sortiment. Syftet med examensarbetet var att ta fram underlag och rekommendationer för hur mycket material som behöver fräsas bort från den laserskurna kanten inför drag- respektive slagprovning och för att ta fram beslutsunderlag som stödjer eventuell direktprovning av tunna prover då dessa förväntats ha ingen eller mycket liten värmepåverkad zon.   Studien har utförts dels genom att studera provstavarna via värmekamera då de skars ut i laserlinjen och dels genom att genomföra hårdhetstest, mikroskopering, toleransmätning, ytjämnhetstest och dragprovning av både det laserskurna materialet och för motsvarande material, tillverkat i den traditionella fleroperationsmaskinen SAJO.   Resultaten visar att den värmepåverkade zonen i de tjockare materialen är större än vad man tidigare trott och att en justering från dagens rekommendation att fräsa 0,3 och 0,5 mm på tunt respektive tjockt material troligen måste göras. Studien visar tydligt att ju tjockare material desto större värmepåverkad zon, oberoende av stålsort, då det tjockare tar längre tid att skära ut. Detta beror vidare på att ju långsammare skärning desto mer hinner värmen påverka varje del i materialet. Då skärparametrarna var under bearbetning fortfarande vid examensarbetets start, har redan i skrivandets stund en hel del skärparametrar ändrats och resultaten förbättrats. Mina resultat speglar därför hur det ser ut, som sämst. Så fort man lyckas skära godkända provstavar ytterligare lite snabbare, kommer värmepåverkan vara mindre än tidigare.   Den visar också att det troligen är fullt möjligt att helt slopa fräsningen innan dragprovning av de tunna, mjuka materialen DC04, DC06 och DC600DP eftersom dragprovningens inte visade på några betydande skillnader i resultaten mellan fräst och ofräst. En liten värmepåverkad zon finns dock, vilket påvisar det som gäller för även de tjockare materialen, att trots att det finns en liten värmepåverkad zon, så behöver inte det påverka dragprovsresultaten. Studien visar att det behövs en större och grundligare utredning än vad tid funnits till inom ramen för detta examensarbete för att göra hårdhetstester, mikroskopera och slå/dra fler kvalitéer

Genom att använda statistiska verktyg kan en ökad förståelse av industriella processer och produkter skapas. En kraftfull metod som kan användas inom processoptimering är Försöksplanering. Trots att industrin behöver denna teknik, används försöksplanering inte tillräckligt. En tidigare studie i Sverige visar att brist på kunskap och kompetens är två av orsakerna till denna låga användningsfrekvens av Försöksplanering inom industrin. DMAIC är en metod som används i Sex Sigma projekt för att omvandla ett komplext problem till ett mer hanterbart. Examensarbetets syfte är att illustrera hur Försöksplanering tillsammans med DMAIC kan användas inom en tillverkande industri för att nå ökad förståelse kring en laserskärningsprocess i tjock metallplåt. Examensarbetet har genomförts som en fallstudie på företaget Gestamp HardTech. Företaget tillverkar produkter till bilindustrin och använder sig av fiberlaser för att bearbeta metallplåtar i sina tillverkningsprocesser. Laserskärning av tjocka produkter i höghållfast stål har stora variationer, vilket resulterar i en process med bristande kvalitet. Orsakerna till variationerna i laserskärning är i stort sätt kopplad till en mängd varierande faktorer som ingår i skärprocessen. Vilka faktorer som påverkar variationen mest är okända. Därför har försöksplanering använts för att kunna identifiera de faktorer som har störst påverkan på processens kvalitet. För att underlätta tillämpningen av verktyget Försöksplanering har problemlösningsmetodiken DMAIC använts. Under Define-fasen identifierades en mängd kvalitetsproblem för laserskärning av tjocka metallplåtar varav fyra kvalitetsproblem studerades. Dessa problem var: Sprutmängd på tipp, Slagghjöd, Grovhet på skärytan och Frammatningsstopp. Under Measure-fasen valdes fyra försöksfaktorer: Hastighet, Effekt, Gastryck och Dysavstånd. Ett tvånivåers-faktorförsök med design 24-1 och två replikat och fyra centrumpunkter genomfördes. Under Analyse-fasen har försöksresultatet analyserats och det visade att faktorerna Hastighet, Gastryck och Dysavstånd påverkar Sprutmängd på tipp, Slagghöjd och Grovhet vid position 3. Frammatningsstopp påverkas av Dysavstånd och Grovhet vid position 2 påverkas av Hastighet och Effekt. I enlighet med de sista två faserna av DMAIC har även ett verifieringsexperiment genomförts och potentiella lösningar till problemen ovan har framtagits. / <p></p><p></p>

Syftet med examensarbetet var att ta fram en laserskärande hand till ABB:s kollaborativa robot ”YuMi”. Rapporten beskriver tillvägagångssätt, utvecklingsprocess och resultat av arbetet. Målet för projektet var att ta fram en fungerande funktionsprototyp som svarade mot den övergripande problemformuleringen: ”Hur integreras tillräcklig säkerhet i laserhanden så att användaren på ett säkert och riskfritt sett kan använda laserhanden i en kontorsmiljö?”  Detta har uppnåtts genom att med lämpliga test och analyseringsmetoder besvara frågeställningarna: ➢ Hur kan skadliga partiklar avlägsnas från luften vid laserskärning av plast, gummi, skumgummi, kartong och trä? ➢ Hur utformas laserhanden på så sätt att en extern skyddskåpa blir överflödig (för att inte skada ögonen)? ➢ Hur integreras en säkerhetsfunktion som gör att lasern stängs av om laserhanden skulle tilta eller avvika från vertikal distans? Arbetet innefattar konceptgenerering, planering, konstruktion av kåpor och byggande av prototyp. Projektet resulterade i en fungerande funktionsprototyp som uppfyllde största delen av arbetsgivarens krav. Både studenten och företaget är nöjda med resultatet. / The purpose of the thesis was to produce a laser-cutting hand to ABB's collaborative robot "YuMi". The report describes the approaches, development process and results of the work.  The aim of the project was to develop a functional prototype that corresponds to the overall problem formulation: "How to achieve enough security in the laser-hand so it is safe and risk-free for users to use the hand in an office environment?"  This has been achieved by using the appropriate tests and methods of analysis to answer the questions: ➢ How to remove harmful particles from the air during laser cutting of plastic, rubber, foam rubber, cardboard and wood? ➢ How to design an external protective cover encapsulate the tool (laser beam) so it will be redundant to protective glasses (so as not to damage the eyes)? ➢ How to integrate a security feature to force the laser to turn off, if the hand increases the distance or deviate from vertical orientation higher then specified limits? The work includes concept generation, project planning, construction of encapsulation and prototype overall construction. The project resulted in a working prototype that fulfilled most of the requirements. Both the student and the company are satisfied with the result.

<p>The purpose of this report is to survey Swedex AB’s production costs and to gather all info into a manageable calculation tool. This was made by time and motion studies, interviews of the personnel. All factors were gathered into an Excel chart.</p><p>The calculation was made according to an additional-charge-method that was considered to satisfy Swedex AB’s goal. This makes a complete-cost-estimate which is important when the selling price should cover the production costs. The blades were divided into different populations to facilitate the calculation work. The division was made with the production cost in consideration to minimize the risk of losing parameters.</p><p>The time and motion study, which is the basis of the calculation, was obtained by the group and gave insight of the saw blade production. Here it was discovered, what was said to be a bottleneck was not the case.</p><p>Swedex AB has a great amount of products in labour, this in opposite to the “just in time”-philosophy, but Swedex AB see’s this as a resource. This is seen as a utilization increaser, to keep up the production rate.</p><p>Swedex AB has a lot of old machines, but these have to be part of the calculation while they in a near future will be reinvested with new machines. An adjustment has been done to consider purchase price, second hand price and service/repair costs.</p>

The purpose of this report is to survey Swedex AB’s production costs and to gather all info into a manageable calculation tool. This was made by time and motion studies, interviews of the personnel. All factors were gathered into an Excel chart. The calculation was made according to an additional-charge-method that was considered to satisfy Swedex AB’s goal. This makes a complete-cost-estimate which is important when the selling price should cover the production costs. The blades were divided into different populations to facilitate the calculation work. The division was made with the production cost in consideration to minimize the risk of losing parameters. The time and motion study, which is the basis of the calculation, was obtained by the group and gave insight of the saw blade production. Here it was discovered, what was said to be a bottleneck was not the case. Swedex AB has a great amount of products in labour, this in opposite to the “just in time”-philosophy, but Swedex AB see’s this as a resource. This is seen as a utilization increaser, to keep up the production rate. Swedex AB has a lot of old machines, but these have to be part of the calculation while they in a near future will be reinvested with new machines. An adjustment has been done to consider purchase price, second hand price and service/repair costs.

Denna State of the Art Rapport behandlar ämnet laserskärning vid bearbetning av aluminium och rostfritt stål. Rapporten svarar på vad som finns skrivet inom aluminium respektive rostfritt stål samt skillnaderna i materialens egenskaper efter bearbetning med laserskärning från det senaste decenniet. Rapportens innehåll erhåller analyser och sammanfattningar av artiklar inom det aktuella ämnet. Analysen av de använda artiklarna påvisar ett antal olika resultat inom olika kategorier. Dessa kategorier är optimering, effektivisering, påverkan på material samt nukleär avveckling. Inom optimering av aluminium undersöks det hur avfallsmaterialet skall bibehålla bästa möjliga kvalité. Optimering inom rostfritt stål undersöker tillvägagångssättet om att kunna ta fram beräkning av operationskostnaderna alternativt förbättra dess skärprocess. Effektivisering inom aluminium handlar om att effektivisera skär kvalitén och inom rostfritt stål handlar det istället om effektivisering av prestanda, kvalitén och konsumtionen av assistans gas. Inom kategorin påverkan på material påvisas det hur djupt de båda materialen påverkas samt hur den bearbetade ytan reagerar på bearbetning. Vid nukleär avveckling inom rostfritt stål undersöks det hur laserskärning skall implementeras inom ämnesområdet för att säkerställa att denna process fungerar. Denna State of the Art innehåller en litteraturmatris av de analyserade artiklarna för att få en översikt inom ämnesområdet. / This State of the Art report deals with the subject of the method laser cutting of aluminum and stainless steel. The report gives answers to what has been written the last decade within the area of aluminum respectively stainless steel and which differences can be found regarding the material characteristics after processing them through laser cutting. The report contains several analyses and summaries of the articles written on the subject. The analyses of the used articles show a number of different results in different categories. The categories are as follows: optimization, effectivity, impact of the materials and nuclear decommissioning. Optimization within aluminum explore how waste material is supposed to obtain the best possible quality. Optimization within the area of stainless steel examine the procedure making it possible to establish a way to calculate the cost of operation or improve the cutting process. Efficiency within the area of aluminum is about making the process of cutting more effective. Effectivity within the area of stainless steel is instead about making the performance, quality and consumption of assisting gas more effective. It is shown in the category impact of the material how deeply the materials are affected and how the processed surface reacts to the process. Within the material stainless steel and the category nuclear decommissioning they have investigated if it could be implemented in the field to ensure that the process works. This State of the Art contains a matrix of the analyzed articles to provide an overview of the subject.

This study has been conducted with the aim to examine the extent of the heat affected zone in order to use laser cutting when making samples for tensile testing. When cutting with a laser the material absorbs heat energy from the laser beams which causes changes in the microstructure. The heat affected zone affects the properties of the materials, lowering the accuracy of the tensile test. Therefore, it is desired to know the extent of the heat affected zone in order to remove it before tensile testing. In this study two materials were used, the high strength steel Docol 1000DP and the duplex stainless steel LDX 2101. The materials were cut in the shape of dog bones for tensile testing using two different laser powers, 2500 W and 3500 W. The samples were cut with different cutting speeds, starting at lower cutting speed, increasing until the laser was unable to cut through. Thereafter, the heat affected zone, and the surface quality was examined. The results from this study showed that the heat affected zone decreases with increased cutting speed. When cutting with high cutting speeds in Docol 1000DP it is enough to turn away 0.30 mm in order to remove the heat affected zone with margin. Negligible difference in heat affected zone was observed between the samples cut with 2500 W and 3500 W. The heat affected zone in LDX 2101 was very small, in order of 50 μm, making it hard to measure. This resulted in no exact measurements being made. However, the heat affected zone was in the order of 50 μm for all samples, concluding that turning away 0.15 mm is sufficient to remove the heat affected zone with margin. No difference could be observed between the samples cut with a laser power of 2500 W or 3500 W. Common to both materials is that the amount of dross decreases with increased cutting speed. / Denna studie har utförts i syfte att undersöka utsträckningen av den värmepåverkade zonen för att kunna använda laserskärning för att skära prover till dragprovning. Ett problem med laserskärning är att metaller absorberar värmeenergin, vilket orsakar förändringar i mikrostrukturen. Denna värmepåverkade zon bör minimeras och avlägsnas från metallen, då det minskar kvalitén på proverna samt på dragprovningen. I denna studie har två material undersökts, det höghållfasta stålet Docol 1000DP och det duplexa rostfria stålet LDX 2101. Stålen skars ut i form av hundben för dragprovning med två olika effekter på lasern 2500 W och 3500 W. Proverna skars ut med olika skärhastigheter, började med lägre hastigheter och ökade sedan tills lasern inte längre kunde skära igenom materialet. Därefter undersöktes både den värmepåverkade zonen och kvaliteten på skärytan. Resultaten från denna studie visade att den värmepåverkade zonen minskar med ökad skärhastighet. Vid skärning i Docol 1000DP med höga skärhastigheter räcker det att avlägsna 0,30 mm för att ta bort den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad i värmepåverkad zon observerades mellan proverna skurna med 2500 W och 3500 W vid skärning med högsta skärhastigheten för varje lasereffekt. Den värmepåverkade zonen i LDX 2101 var mycket liten, i storleksordningen 50 μm, vilket gjorde den svårt att mäta. Slutsatsen gav att det är tillräckligt att avlägsna 0,15 mm för att avlägsna den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad kunde observeras mellan proverna skurna med en lasereffekt på 2500 W eller 3500 W. Gemensamt för båda materialen var att gradbildningen minskade med ökad skärhastighet.

In this fast pace world, climate change is one of the primary concerns worldwide. The world is racing towards reducing CO2 emissions by focusing on decreasing energy consumption. Electric motors capture about two-third of the industrial energy consumption, of which the most growing sector is electrical vehicles. The precise design of electric motors requires an optimal estimation of the machine’s performance characteristics. In this master thesis, the impact on core losses of an electric machine (e-machine) due to laser cutting is studied. The impact is derived in terms of a mathematical model which is introduced in a finite element model of an e-machine to attain optimal performance characteristics. A customized Single Sheet Tester (SST) based measuring apparatus is developed. The measuring apparatus is used to characterize the magnetic materials (electrical steel) used in the core of an e-machine. The studies already presented in the literature compromise on maintaining the same material mass while characterizing the magnetic material. Thus, a novel approach is attempted in this work to maintain approximately the same mass for all test samples used for characterization. The samples under test are laser cut possessing different sample widths leading to different distances from the cut edge. The characterized samples are compared for magnetic properties such as permeability and core losses to derive a mathematical model to estimate the impact of degradation in electrical steel. The derived models are implemented in a reference Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) to analyze the degradation effect on the loss and performance characteristics. The influence of laser cutting impacts drastically the iron losses at an average which increases by about 35 % with a corresponding reduction of 21 % in material permeability. There is an average increase in machine torque by about 2 % and the increase in the total iron losses leads to an average 0.5 % decrease in the efficiency of the machine. The increase in iron losses at lower magnetic flux densities is more significant compared to the saturation region. The maximum degradation effect in the material is nearer to the cutting edge and reduces going away from the cut-edge. The permeability in the material decreases closer to the cut edge and thus the maximum amount of flux gets enforced towards the center because of degradation. / I denna snabba värld är klimatförändringarna en av de främsta problemen världen över. Världen tävlar mot att minska CO2 -utsläppen genom att fokusera på att minska energiförbrukningen. Elmotorer tar upp ungefär två tredjedelar av den industriella energiförbrukningen, varav den mest växande sektorn är elfordon. Den exakta designen av elmotorer kräver en optimal uppskattning av maskinens prestandaegenskaper. I denna masteruppsats studeras inverkan på kärnförluster hos en elektrisk maskin (e-maskin) på grund av laserskärning. Effekten härleds i termer av en matematisk modell som åberopas i en Finite Element Modelling (FEM) av en e-maskin för att uppnå optimala prestandaegenskaper. En skräddarsydd SST-baserad mätapparat utvecklas. Mätapparaten används för att karakterisera de magnetiska material (elektriskt stål) som används i kärnan i en e-maskin. De studier som redan presenterats i litteraturen kompromissar med att bibehålla samma materialmassa samtidigt som de karakteriserar det magnetiska materialet. Således har ett nytt tillvägagångssätt försökts i detta arbete för att bibehålla ungefär samma massa för alla testprover som används för karakterisering. Proverna som testas är laserskurna med olika provbredder vilket leder till olika avstånd från den skurna kanten. De karakteriserade proverna jämförs för magnetiska egenskaper såsom permeabilitet och kärnförluster för att härleda en matematisk modell för att uppskatta effekten av nedbrytning i elektriskt stål. De härledda modellerna implementeras i en referens PMSM för att analysera nedbrytningseffekten på förlust- och prestandaegenskaper. Inverkan av laserskärning påverkar drastiskt järnförlusterna med ett genomsnitt som ökar med cirka 35% med en motsvarande minskning av 21 % i material permeabilitet. Det finns en genomsnittlig ökning av maskinens vridmoment med cirka 2 % och ökningen av de totala järnförlusterna leder till en genomsnittlig minskning av maskinens effektivitet med 0,5 %. Ökningen av järnförluster vid lägre magnetiska flödestätheter är mer signifikant jämfört med mättnadsområdet. Den maximala nedbrytningseffekten i materialet är närmare skäreggen och minskar bortgången från skärkanten. Permeabiliteten i materialet minskar närmare den skurna kanten och sålunda tvingas den maximala mängden flöde in mot mitten på grund av nedbrytning.