L’impression 3D avec un automate industriel

L’impression 3D : Deux tiers de la croissance pour des applications industrielles

Il y a quinze ans, l’impression 3D était à peine connue. Aujourd’hui, des dentiers, des produits alimentaires, des meubles et même des chaussures et des montres sont fabriqués par ajout de matière. Les spécialistes estiment que le chiffre d’affaires de l’impression 3D s’élèvera à 21 milliards de dollars en 2020.

Les deux tiers environ seront issus d’applications industrielles, principalement la fabrication de prototypes ou d’outils. Cependant, pour faire de l’impression des pièces en plastique une alternative économique au moulage par injection, lorsque les lots atteignent 1 000 à 10 000 pièces, les constructeurs et les utilisateurs de machines doivent d’abord maîtriser les défis classiques de l’impression 3D industrielle, en particulier réduire la forte proportion de travail manuel, minimiser le taux de rejet (élevé) et mettre au point une inspection de la qualité.

Industrialisation de la fabrication additive

Bien que la fabrication additive soit à la base une technologie numérique, les processus ne s’imbriquent pas aussi bien qu’ils le devraient dans des conditions de production de masse. Les constructeurs de machines doivent commencer par comprendre pleinement le processus complexe de fabrication : propriétés matérielles et processus physico-chimiques, mécanique, post-traitement et tests de qualité consécutifs. Sans oublier le fait que la disponibilité des machines doit être suffisante.

Tout cela exige un niveau élevé de transparence, dans l’idéal sur toute la chaîne de valeur, de la préimpression à la postimpression. Les commandes, la technologie de mesure et les logiciels sont d’une importance capitale pour l’automatisation. Ils sont même la clé de l’impression additive du futur, puisqu’ils permettront d’ajuster sur mesure la fabrication, de gérer les fluctuations du processus en cours et d’éviter les coûteux contrôles qualité et la remise en fabrication.

Grande proximité avec le processus, à travers une automatisation minimale des machines

Les algorithmes de commande du processus découlent de variables caractéristiques, telles que la température et le comportement de refroidissement du métal ou du plastique industriel utilisé. Afin d’évaluer et d’améliorer en permanence le processus, une surveillance est nécessaire sur la chaîne, surveillance qui détecte et enregistre les données en temps réel. Pendant la phase de recherche, il est déjà possible de tirer des conclusions pour la production en série ultérieure, afin d’empêcher les cas de rétractation et de fissure.

En production, les paramètres du processus importants pour la qualité peuvent être enregistrés et documentés en vue de la certification. Moins il y a d’interfaces, plus le système de commande réagit vite, plus les algorithmes de commande sont efficaces et plus les opérateurs sont proches du processus, qu’ils peuvent stabiliser et optimiser. Avec le concept de Slim Machine Automation (automatisation minimale des machines), Bosch Rexroth réduit au maximum le nombre d’interfaces et fournit la base du comportement de commande le plus rapide possible et des algorithmes de commande efficaces.

De quel contrôle ai-je besoin ?

L’unité de commande doit parvenir aux temps de cycle les plus courts tout en produisant une surface de qualité et fournir une puissance de calcul suffisante pour calculer elle-même les données. Le puissant système à CNC MTX de Bosch Rexroth répond à ces deux exigences de manière idéale. Non seulement, il se caractérise par les temps de cycle d’API et de CNC les plus courts, mais également par une régulation intelligente de la température, notamment pour un plateau d’impression à température régulée ou un espace d’installation chauffé.

Sont également inclus des fonctions de CNC innovantes – par exemple pour une application évolutive de la matière et des outils d’optimisation – une large palette d’options d’interpolation et un code G standardisé pour chaque logiciel de tranchage. Le MTX protège le savoir-faire du constructeur de la machine par une technologie de chiffrement.

Simulation en ligne et hors ligne

La simulation en ligne intégrée dans le logiciel du MTX surveille automatiquement le temps de fabrication, les trajets d’application et la trajectoire de la tête d’impression et empêche les collisions pendant l’application de la matière.  Le MTX peut également être connecté à des plateformes comme Matlab ou Simulink en tant que composante matérielle dans la boucle de simulation pour une simulation hors ligne qui favorise l’efficacité. De la sorte, les constructeurs de machines peuvent réaliser des simulations matérielles à l’avance ou certifier des paramètres importants pour la qualité.

Intégration dans la chaîne via des normes ouvertes

D’après VDMA, la prochaine étape de l’impression 3D industrielle consiste à mettre en œuvre une chaîne complète de processus et de données, allant des processus de conception et de production à qualité garantie jusqu’au post-traitement automatisé. Les exigences techniques de cette étape sont déjà satisfaites, puisqu’il existe des normes ouvertes et un système à CNC puissant et compatible avec l’i4.0.

La connexion directe de l’unité de commande à l’aide de normes ouvertes facilite l’évaluation du processus et son intégration ultérieure dans la chaîne. Étant donné que l’interface Open Core Engineering du MTX prend aussi en charge la norme ouverte d’i4.0 OPC UA, il est possible d’échanger des données avec des systèmes de production de niveau supérieur par des moyens simples. En association avec la simulation, la durée de l’impression peut par exemple être précalculée pour utiliser la production au mieux.

L’impression 3D industrielle en pratique

Le MTX a notamment fait ses preuves sur le terrain dans l’entreprise Norsk Titanium AS. Le premier fournisseur mondial de technologies de fabrication additive en titane pour l’aérospatiale utilise le système à CNC dans ses machines brevetées Rapid Plasma Deposition™. Aux États-Unis, Norsk Titanium a mis en place la première fabrication additive à l’échelle industrielle. Dans chaque imprimante 3D, le MTX actionne dix axes asservis, qui produisent les particules de titane et assurent l’avance et la manipulation du fil de titane entrant. Le MTX permet de plus de commander en temps réel d’autres fonctions, notamment plusieurs torches au plasma.

Dans le secteur du plastique, nous pouvons donner l’exemple de notre propre production, chez Bosch Rexroth. Le logement de la visseuse intelligente Nexo, sans fil ni cordon, est imprimé en petites séries pour répondre aux besoins ergonomiques de chaque client. La fabrication additive permet d’éviter les boucles de récursivité et de produire plusieurs petites commandes en même temps.

Notre savoir-faire technique facilite la mise en place

Bosch Rexroth a de longues années d’expérience en matière de prototypage, fabrication d’outils et production, expérience qu’elle a progressivement intégrée dans son portefeuille de solutions et de conseil. Les connaissances accumulées dans plusieurs centaines d’installations du groupe Bosch couvrent toutes les technologies de fabrication additive et toutes les matières : métaux, plastiques, céramiques. Les constructeurs et utilisateurs de machines peuvent ainsi tirer parti d’un vaste domaine d’expertise, qui va de la recherche et des essais jusqu’aux chaînes d’assemblage et de production, en passant par la conception et le développement.

De plus, Bosch Rexroth est un fournisseur chevronné de composants et de systèmes, apportant un service mondial et un soutien en ingénierie et application.

L’avenir sera encore plus facile

Avec l’aide d’un partenaire aussi expérimenté, il est possible de combler les écarts de la chaîne de transformation, afin de surmonter efficacement les obstacles de la production à petite échelle et de faire de l’impression 3D industrielle un avantage compétitif.

À l’avenir, les concepts intelligents d’interface homme-machine simplifieront encore le flux opérationnel, de sorte que pour finir, même le personnel sans formation spécifique pourra travailler avec les machines de production en série. Les experts se concentreront alors sur le dépannage et la maintenance, comme dans le reste de la production industrielle.