Robots vs CNC : quoi de mieux pour travailler le métal ?

Mar 24, 2023

23 mars 2023 par Mark Allinson Laisser un commentaire

Par David Alatorre, CTO, Rivelin Robotics

L'utilisation de la fabrication additive métallique a révolutionné l'industrie manufacturière, permettant la création de pièces complexes et complexes de manière plus rapide et plus rentable.

Cependant, le post-traitement essentiel de ces pièces introduit des contraintes de temps et financières sur le coût global par pièce qui peuvent annuler complètement les avantages de la fabrication additive. Le retrait du support est la première étape critique du post-traitement des pièces de fabrication additive métallique, et c'est un défi.

Aujourd'hui, les supports sont toujours essentiels pour la fidélité des pièces pendant le processus de fabrication, mais ils doivent être retirés pour obtenir le produit fini requis avec la forme, les caractéristiques et les tolérances prévues.

Alors que le retrait manuel du support est toujours le statu quo pour de nombreuses applications de fabrication additive métallique, cet article abordera la transition vers des solutions automatisées de retrait du support (et de finition) et examinera les avantages et les inconvénients de l'utilisation de systèmes de commande numérique par ordinateur (CNC) par rapport à la polyvalence. et la fiabilité des robots.

Il y a un argument selon lequel l'énigme de l'élimination du support dans la fabrication additive sera finalement résolue par l'impression dite sans support. Bien sûr, ce serait l'objectif ultime, permettant une liberté de conception totale avec une efficacité optimisée des ressources, où les matières premières et l'énergie ne sont utilisées que pour fabriquer la pièce finale et non les supports.

Malheureusement, le secteur de la fabrication additive n'en est pas encore là, et bien que les supports soient minimisés grâce à la conception, ils sont toujours - et seront dans un avenir prévisible - une nécessité.

Minimiser la quantité de matériau et d'énergie utilisée pour les supports est la bonne chose à faire dans presque toutes les situations, mais cela peut également compromettre la liberté de conception et avoir un impact négatif sur la fonctionnalité souhaitée de la pièce d'utilisation finale, ce qui peut, par exemple, doivent être conçus avec des cavités remplies ou des porte-à-faux entraînant une perte de légèreté.

Les conceptions génératives peuvent également être inutilement contraintes pour obtenir les angles nécessaires pour des supports réduits.

L'accent mis sur la réduction du support peut également affecter l'efficacité du processus. Par exemple, les pièces longues peuvent devoir être construites dans une orientation spécifique et occupent donc plus de la plaque de construction, et les constructions empilées peuvent devenir peu pratiques en raison des structures de support interconnectées.

En bref, alors que nous devrions toujours rechercher moins de supports, ils restent actuellement un outil nécessaire pour les applications de fabrication additive les plus complexes.

Étonnamment, la suppression manuelle du support reste aujourd'hui le processus de choix pour la majorité des utilisateurs de la fabrication additive. Il faut des techniciens hautement qualifiés pour retirer les supports avec toutes sortes d'outils à main traditionnels.

Les Dremels sont également utiles. Il a fait ses preuves mais nécessite des compétences, de la résolution de problèmes et de la créativité. Il peut être bien adapté aux environnements de production à forte mixité et à faible volume.

Cependant, le retrait manuel des supports prend également beaucoup de temps, demande beaucoup de travail, est salissant, avec des poussières toxiques nécessitant des EPI ou des environnements protégés. Le risque d'inflammation et d'explosion de la poudre et les microtraumatismes répétés sont des problèmes courants.

De plus, il n'est pas reproductible avec précision avec une variabilité d'une personne à l'autre et même d'un quart de travail à l'autre, ce qui entraîne des problèmes de contrôle de la qualité et une augmentation du taux de rebut. Il est également difficile d'évoluer si la demande de pièces de fabrication additive commence à augmenter de manière significative.

Il y a eu quelques progrès avec des solutions pour automatiser le post-traitement des pièces de fabrication additive métallique. La plus courante a été l'utilisation de fraiseuses CNC, une technologie éprouvée pour une variété d'applications de fabrication, y compris une approche hybride de la fabrication additive.

Ils sont indéniablement précis et reproductibles. Cependant, ce n'est pas parce que quelque chose est courant et a fait ses preuves dans certains domaines qu'il s'agit toujours de la meilleure solution.

La CNC peut bien fonctionner si la pièce en question a des caractéristiques étroitement tolérées et où la planéité, la circularité, la concentricité ou les dimensions doivent être inférieures à quelques microns.

Il s'agit également de la technologie préférée pour le retrait du support dans les grandes séries de constructions où les géométries sont simples ou se prêtent à une fixation facile dans seulement quelques orientations.

De même, cela peut convenir aux impressions où le retrait de la plate-forme avec une EDM CNC prend en charge la majorité des supports.

Cependant, les machines CNC ne sont pas une bonne solution pour les composants à parois minces, les constructions empilées peu encombrantes et les pièces avec des structures en treillis ou des supports de séparation. Il est également juste de dire que les programmeurs CNC n'aiment pas les formes organiques uniques conçues de manière générative avec des courbes composées.

Cela commence à clarifier et à renforcer l'argument contre la CNC pour la suppression du support dans l'écosystème de la fabrication additive.

L'un des principaux moteurs de la fabrication additive est la flexibilité de la conception qui permet aux utilisateurs d'itérer, de personnaliser et de mettre à niveau les composants d'un lot à l'autre. Cela signifie qu'il est rare que les entreprises utilisant la fabrication additive pour la production investissent dans une automatisation industrielle rigide.

Toute itération, toute modification de la conception signifierait une nouvelle trajectoire CNC pour une nouvelle trajectoire d'outil et aurait un coût élevé. la fabrication additive a besoin de cette flexibilité de conception pour être portée à chaque étape de la chaîne de processus de fabrication.

Le problème est similaire pour l'outillage et le montage. Les types d'appareils de haute précision requis pour l'automatisation industrielle rigide n'ont tout simplement pas de sens à moins que vous ne soyez prêt à vous engager dans une conception à long terme.

Et puis il y a le problème de la variabilité d'un lot à l'autre. Même si vous disposiez d'une fixation parfaite et d'une trajectoire d'outil parfaite, s'appuyer sur une surface de support parfaitement prévisible directement depuis l'imprimante n'est peut-être pas la meilleure idée.

En effet, on s'attend à ce que les supports de fabrication additive se déforment afin que les pièces AM n'aient pas à le faire. Les supports AM sont minces pour maximiser l'utilisation du stock de poudre. Des connexions fines sont réalisées sur le composant pour minimiser les témoins de surface et faciliter le détachement de l'échafaudage.

La composition des matériaux est même parfois modifiée entre les lots, ce qui signifie que les supports peuvent avoir un aspect et un comportement très différents d'un lot à l'autre.

Ainsi, la fabrication additive a besoin d'une automatisation qui peut s'adapter à la variabilité, en particulier pour le support et la suppression des témoins. Et ce défi a été résolu grâce à l'utilisation de logiciels sophistiqués et de systèmes d'intelligence artificielle pour aider à générer des trajectoires d'outils et des mouvements de robot sans mobiliser toute une équipe d'ingénierie système.

Cela permet ensuite une itération rapide ainsi que l'automatisation de petits lots.

La numérisation 3D peut être utilisée pour localiser des pièces au lieu de fixations de haute précision, ce qui signifie que les imprimantes FDM de bureau peuvent être utilisées pour fabriquer rapidement des fixations en plastique sans se soucier de la précision ou des modifications de la conception.

De plus, des capteurs de force peuvent être utilisés pour sentir la surface et adapter l'usinage en conséquence, ou pour passer plus de temps sur les points hauts jusqu'à ce que la forme finale soit atteinte, ou pour polir jusqu'à une finition homogène.

Un énorme avantage est que n'importe quel outil peut être utilisé pour l'enlèvement et la finition des supports. Si l'on sait déjà quels outils fonctionnent bien avec les matériaux ou les types de supports imprimés, les mêmes outils exacts peuvent être attachés à un robot pour automatiser avec plus de confiance.

Avec la technologie d'aujourd'hui, les étapes pour ajouter un nouvel outil personnalisé ressemblent essentiellement à l'ajout d'un nouveau type de fraise en bout à une machine CNC et ne nécessitent pas un intégrateur de système qui facture à l'heure.

Rivelin Robotics, spécialisée dans le post-traitement de la fabrication additive métallique, a déjà des produits qui le font. L'entreprise est spécialisée dans le développement et l'installation de robots pour une large gamme d'applications de post-traitement AM.

Dans le cadre du retrait de supports de pièces métalliques fabriquées de manière additive, Rivelin Robotics propose des solutions robotiques avancées spécifiquement conçues pour effectuer cette tâche de manière fiable et précise.

Les robots de la société offrent une gamme d'avantages par rapport aux machines CNC traditionnelles, telles qu'une vitesse, une précision et une répétabilité améliorées lorsqu'ils sont appliqués pour prendre en charge l'enlèvement et la finition. Ils sont également très flexibles, ce qui leur permet de s'adapter facilement à différentes applications et processus.

Les robots de Rivelin Robotics sont également conçus dans un souci de sécurité, avec un boîtier de protection et des dispositifs de sécurité qui réduisent le risque d'accidents et de blessures.

De plus, les besoins en énergie et en liquide de refroidissement sont bien inférieurs à ceux des machines CNC, ce qui contribue à accroître l'efficacité des ressources et l'efficacité énergétique tout en réduisant les déchets.

En résumé, les robots apparaissent comme une solution supérieure par rapport aux machines CNC pour le retrait automatisé des supports des pièces de fabrication additive métallique en raison de leur vitesse, efficacité, flexibilité, précision, répétabilité, sécurité, rentabilité et durabilité.

L'utilisation de robots dans ce processus se traduit non seulement par un meilleur produit fini, mais fournit également un processus de fabrication de bout en bout plus sûr, plus durable et plus rentable.

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