Au-delà de la précision suisse

Lorsque Jim et Joe Davis ont lancé leur atelier d'emploi en 1987, ils pensaient qu'ils avaient de bonnes chances de réussir dans l'industrie médicale. Ils étaient déjà à mi-chemin. Plutôt que de repartir de zéro, les deux frères rachètent le département de tours suisses de précision de l'entreprise médicale en réduction des effectifs pour laquelle ils travaillaient tous les deux. Et c'est ainsi que Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Floride) est né.

Les jeunes hommes avaient beaucoup pour eux. Ils avaient plus ou moins grandi dans l'atelier d'usinage de leur père. Tous deux étaient des ingénieurs de fabrication diplômés et avaient suivi le programme de stagiaires en gestion de la fabrication de leur ancien employeur. Les deux étaient donc familiarisés avec les processus de travail des métaux en général et avec le décolletage suisse pour l'industrie médicale en particulier, avec une bonne compréhension à la fois des exigences de qualité de l'industrie et de son environnement réglementaire. De plus, ils savaient par leur propre expérience à quel point il était difficile de trouver des fournisseurs de pièces usinées capables de répondre aux normes de l'industrie. Il y avait sûrement un créneau à combler.

Pendant les cinq premiers mois, le seul travail de Micro Med consistait à fabriquer des pièces pour les cathéters et les stimulateurs cardiaques implantables de leur ancien propriétaire. Mais par la suite, les perspectives de la boutique se sont ouvertes en grand. En effet, ils ont commencé avec 19 personnes et en comptent aujourd'hui plus d'une centaine, alors que leur volume de ventes a augmenté dans une plus grande proportion.

Cette croissance découle en grande partie de leur hypothèse correcte sur le besoin de l'industrie médicale en fournisseurs fiables. Cependant, la façon dont le magasin a appliqué la technologie est tout aussi importante. Ils ont commencé principalement avec des tours suisses automatiques et des mandrins Hardinge, ainsi qu'une batterie d'équipements secondaires. Aujourd'hui, ils effectuent la grande majorité du travail sur les centres de tournage/fraisage CNC multi-axes. La boutique dispose de 30 de ces machines sophistiquées dans différentes configurations.

Bien que la technologie soit certainement plus chère que les anciennes machines automatiques, elle offre la possibilité d'usiner complètement la plupart des pièces très compliquées de l'atelier en une seule configuration. Essentiellement, ils remplacent les coûts de plusieurs configurations par des équipements plus performants - ce qui est une solution globalement moins coûteuse - et offrent les niveaux de qualité que leurs clients exigent, lot après lot. Mais la formule technique de Micro Med exige bien plus que de mettre de bonnes machines dans l'atelier. Ils ont une énorme expertise en matière de processus avec ces machines, ce qui distingue vraiment cet atelier de la concurrence ordinaire.

Bien que nous ne puissions pas divulguer ici les éléments les plus critiques de la connaissance des processus de la boutique, nous pouvons donner un aperçu de ce qui fait que cette remarquable boutique clique. Voici comment ils procèdent chez Micro Med.

Les pièces et les machines

Pour comprendre les exigences des processus, il est utile de commencer par examiner certaines des parties. Ils sont compliqués, précis et petits. En effet, l'affichage de pièces d'échantillons de Micro Med ressemble plus à quelque chose d'une bijouterie qu'à un atelier d'usinage. Le tarif typique comprend des vis à os; petits tubes, raccords et vannes ; composants pour instruments chirurgicaux miniatures; et postes dentaires. Les vis de précision, par exemple, mesurent aussi peu que 1 mm de long et 1 mm de diamètre avec un filetage spongieux de 1 mm. Les cosmétiques sont essentiels et pratiquement toutes les pièces sont finies et inspectées visuellement au microscope à un grossissement de 20x. Les bavures de toutes sortes sont carrément inacceptables.

La difficulté d'usinage de ces petites pièces est aggravée par les matériaux résistants à partir desquels elles sont fabriquées. Environ 65 % des pièces sont taillées dans du titane, 30 % dans les aciers inoxydables les plus résistants et le reste dans des métaux précieux tels que l'or et le platine. Plus de 60 % des pièces nécessitent une opération de fraisage ou de perçage. Les trous transversaux percés sont courants, certains aussi petits que 0,005 pouce de diamètre (les trous plus petits sont EDMed). Beaucoup de ces petits trous doivent être à la fois précis et profonds. Par exemple, une pièce tubulaire nécessite un trou central de 0,04 pouce de diamètre percé à 1,5 pouce de profondeur . . . avec seulement une épaisseur de paroi de 0,007 pouce. . . en titane. Et les pièces ne sont pas seulement rondes. Un certain nombre de pièces essentiellement prismatiques sont produites sur les machines CNC Swiss grâce à leurs capacités de fraisage et aux avantages de serrage inhérents à la production de ces pièces délicates à partir de barres.

Toutes les machines multi-axes sont des Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, New Jersey). Certaines des machines sont des conceptions à trois axes relativement simples avec la poupée mobile et la douille de guidage caractéristiques de style suisse (Z), la tourelle d'outils à un axe (X) et le positionnement rotatif de la broche principale (C). Les outils fixes et électriques sont montés sur la tourelle pour les opérations de tournage ou de perçage et de fraisage centrés.

Les autres machines de Micro Med sont considérablement plus complexes. Les modèles de la série E sont des conceptions à six axes, qui ajoutent une deuxième tourelle à deux axes et une sous-broche pour les opérations de contre-usinage. Les tourelles jumelles permettent le tournage par pincement, c'est-à-dire le tournage avec deux outils à la fois, ce qui est efficace et, tout aussi important, contrecarre l'inclinaison des pièces fines à dévier d'un seul outil. Et la deuxième tourelle permet d'exécuter une plus large gamme d'opérations sur des pièces maintenues dans la broche primaire ou secondaire. De plus, les opérations de tournage ou de fraisage peuvent être exécutées simultanément sur les deux broches.

Les modèles M-20 à huit axes de la boutique vont encore plus loin. Au lieu d'une deuxième tourelle, les machines ont une plaque à huit stations, capable de contenir jusqu'à cinq outils fixes et trois outils rotatifs. L'outillage groupé est extrêmement efficace dans les opérations de tournage car il élimine le temps nécessaire aux tourelles pour indexer d'un outil à l'autre. Ces machines disposent également d'une capacité d'axe Y pour l'outillage des plaques d'assemblage, ce qui signifie que des opérations de fraisage et de perçage décentrés peuvent être effectuées avec les stations motorisées. Un huitième axe de pivotement s'adapte à la mesure de la pièce ou de l'outil en cours de fabrication, ou à la manipulation robotique de la pièce.

L'intérêt de toutes ces machines est qu'elles permettent à Micro Med d'usiner même des pièces très compliquées en une seule configuration. Les avantages de cette capacité sont nombreux. Plus évident peut-être, cela permet d'économiser du temps, de la main-d'œuvre et des coûts de travail en cours de routage des travaux sur une progression de machines à usage unique. Cela permet également au magasin d'être beaucoup plus réactif aux demandes de livraison de plus en plus exigeantes des clients. Passer une commande urgente est beaucoup plus simple lorsque le travail ne doit être acheminé que sur une seule machine, plutôt que sur trois ou quatre.

Les avantages qualitatifs sont tout aussi importants. Chaque fois qu'une pièce est libérée d'un porte-pièce, puis ré-agrippée, un nouvel élément de variabilité dimensionnelle est ajouté au processus. Avec le travail de Micro Med, les tolérances de 0,001 pouce sont typiques, mais elles doivent souvent s'en tenir à un "dixième" - 0,0001 pouce - et le faire de manière cohérente. Compte tenu de la difficulté de fixer ces petites pièces pour les opérations secondaires, il ne faut pas une très grande quantité de tolérances de serrage pour faire sortir le processus d'usinage total des limites acceptables. Il est de loin préférable de garder une seule prise sur la pièce pendant tout le processus et d'éliminer complètement ce problème.

Le maintien d'un contrôle physique constant de la pièce apporte également une crédibilité scientifique à la maîtrise de ses processus par l'atelier, qui est une préoccupation centrale pour les clients soucieux de la qualité de Micro Med. D'après Joe Davis, "Les gens d'aujourd'hui regardent vos valeurs Cpk. Ils veulent savoir que vous avez votre processus sous contrôle." Et pour ses clients les plus sophistiqués, Micro Med est en mesure de fournir des études de faisabilité de fabrication statistiquement fiables. Cela contribue grandement à attirer de nouvelles affaires dans la boutique.

Pourtant, la concurrence remet le coût au premier plan - et pour les niveaux de qualité que le magasin est censé offrir, l'élimination des configurations a un impact bénéfique énorme. Un bon exemple est un connecteur médical qu'un autre fournisseur produisait en six configurations sur une succession de mandrins et de fraiseuses à usage unique. À des volumes de 4500 par mois, le client payait 8 $ par pièce. Micro Med a examiné la pièce, a suggéré quelques modifications simples dans un souci d'usinabilité et l'a posée sur l'une des machines à six axes. "Nous avons réduit le coût à quatre dollars et la monnaie", explique M. Davis. L'ancien fournisseur facturait-il un tarif excessif ? "Pas vraiment", dit-il, "c'était probablement à peu près en ligne avec ses coûts. Il n'avait tout simplement pas le meilleur processus pour faire le travail."

Meilleurs processus

N'importe qui peut sortir et acheter du matériel, mais en tirer le meilleur parti est une autre affaire, et c'est là que Micro Med excelle. La créativité des processus est extrêmement importante - pour des raisons d'efficacité et de qualité - et cela ne peut venir que de personnes qui connaissent parfaitement les machines. Il est également essentiel de savoir ce qui peut et ne peut pas être fait avec l'outillage standard, et comment l'outillage peut être modifié ou spécialement construit. Cette expertise permet à l'atelier de faire des choses avec leurs machines qui étonnent même les développeurs de machines. "Ne pas utiliser ces machines à leur plein potentiel, c'est comme conduire une voiture de course à 50 miles à l'heure", déclare M. Davis. Chez Micro Med, ils aiment rouler vite.

Mais cela ne parle qu'au sens figuré, car atteindre des taux d'enlèvement de métal rapides n'est clairement pas l'objectif de cet atelier. Une préoccupation essentielle pour l'industrie médicale est la façon dont la pièce est finie - sans bavure et esthétiquement impeccable - mais l'efficacité et la qualité de cette opération finale ont beaucoup à voir avec la façon dont le métal a été retiré en premier lieu. La finition est une opération manuelle et, comme tout autre atelier de métallurgie de précision, quelque chose qu'ils aiment garder au minimum. « Nous échangeons avec plaisir le temps machine principal contre le temps de finition », déclare M. Davis, mais ils ne peuvent récolter les fruits de cet échange qu'en élaborant avec soin la routine d'usinage.

Les bavures sont probablement la plus grande préoccupation. La meilleure façon de traiter les bavures est de les prévenir et, si elles sont inévitables, de gérer le processus de manière à ce qu'elles puissent être facilement éliminées dans un processus secondaire raisonnablement efficace. Cela signifie qu'ils doivent se préoccuper de la direction de la bavure, de sa taille et de ce qu'il faudra pour la casser. Ces considérations peuvent avoir un impact majeur sur les temps de cycle. Dans ce cas, cependant, la vitesse n'est pas aussi importante que l'état de la pièce telle qu'elle sort de la machine.

La gestion de la déviation des pièces est un autre facteur qui peut ajouter un temps très sensible aux cycles d'usinage, et peut-être le domaine des meilleurs secrets commerciaux de l'atelier. Considérez que Micro Med maintient une intégrité dimensionnelle précise sur une gamme de pièces très minces fabriquées à partir de matériaux extrêmement difficiles à usiner, et souvent coupées avec des outils délicats qui sont encore plus enclins à fléchir que la pièce. Ils doivent comprendre à un degré extraordinairement fin les vitesses, les avances et les profondeurs de coupe appropriées pour ces conditions. Par exemple, un fil qui semble devoir prendre huit passages peut en fait en prendre 18. Ils ont également découvert des moyens d'enfiler des sections et de les mélanger parfaitement. Il s'agit souvent d'un processus lent et laborieux, mais qui en vaut la peine, car la prévisibilité du processus est la principale préoccupation de l'atelier.

La durée de vie de l'outil est un autre facteur important, non pas tant pour le coût de l'outillage lui-même que pour, encore une fois, le maintien d'un contrôle qualitatif du processus. Les opérateurs doivent rester constamment vigilants pour retirer les outils d'usure d'un processus avant qu'ils ne deviennent incontrôlables. Et ils doivent éliminer complètement les outils de qualité inférieure du processus. La qualité de l'outil est essentielle même avec certains matériaux apparemment tendres tels que le platine, en particulier avec le platine, qui est un matériau hautement abrasif, et évidemment d'une telle valeur que la ferraille est une proposition coûteuse. Ou comme M. Davis le dit plus succinctement, "Lorsque vous percez un trou de 0,012 pouce de diamètre, la qualité de l'outil est sacrément critique, et vous ne pouvez pas supposer qu'un outil standard fera le travail."

Étant donné que les séries moyennes sont de 1 500 à 2 000 pièces et que les centres de tournage/fraisage multi-axes sont des actifs assez coûteux pour rester inactifs, les opérateurs doivent être très bons pour obtenir des travaux sur et hors des machines. Une façon de procéder consiste à prérégler les outils. Sur certaines machines, par exemple, ils ont acheté des tourelles supplémentaires. De cette façon, les outils sont configurés et qualifiés hors ligne "en quelques `dixièmes'". Ensuite, une fois ces tourelles montées, il suffit de quelques éléments de configuration pour que le processus soit opérationnel. Cela ne veut pas dire qu'ils approchent des temps de changement à un chiffre; ces machines sont trop complexes. Mais ils exécutent des tâches en une heure au lieu des six qu'il faudrait pour charger et composer individuellement tous les outils de la machine.

Et il y a bien d'autres choses à savoir. La programmation est importante, mais les commandes de la machine offrent une aide précieuse à cet égard. Les opérations individuelles de tournage ou de fraisage peuvent être programmées indépendamment, puis la CNC les compile automatiquement en une seule routine efficace. Le maintien de la pièce est également critique, en particulier pour saisir les pièces usinées dans la contre-broche, et parfois des pinces spéciales sont fabriquées. C'est beaucoup à savoir. Mais la maîtrise par l'atelier de ces informations de processus critiques a, selon ses propres calculs, été la différence cruciale entre Micro Med et ses concurrents.

Repousser l'enveloppe

Micro Med a récolté une partie de ces connaissances en faisant les choses attendues au quotidien et en portant une attention particulière aux résultats. Ils utilisent le SPC pour qualifier chaque nouveau processus, par exemple, et ensuite tracer le processus pour le contrôle de la production. Mais la plus grande mesure de l'avantage concurrentiel le plus puissant de l'atelier provient de sa tendance persistante à repousser les limites du processus, en recherchant constamment de nouvelles efficacités qui ne compromettent pas ses normes de qualité.

Il ne fait aucun doute que les frères Davis sont très fiers de leur "aventure de processus" - leur tendance à essayer de nouvelles idées et à résoudre les problèmes difficiles. Mais ce n'est pas simplement la bravoure qui les anime; ils croient que l'expérimentation continue des processus fournit les expériences d'apprentissage dont l'atelier a besoin pour maintenir son avantage concurrentiel. C'est en grande partie la raison pour laquelle cet atelier de production est prêt à faire du prototypage - en travaillant simultanément sur la pièce et le processus sur l'équipement de production - pour les connaissances qu'il fournit. Littéralement, ils cherchent à marier les limites de leur équipement de production très performant avec les exigences inhabituelles de l'industrie qu'ils desservent. Parce que les personnes clés de la boutique sont issues de l'industrie médicale, elles ont un avantage significatif à cet égard. Ils disposent d'une grande connaissance des processus appropriés dans le cadre des contraintes du terrain, et ils peuvent même contribuer grandement à aider les clients à développer des conceptions, en améliorant la capacité de fabrication sans sacrifier la fonctionnalité ou se heurter à des contraintes réglementaires courantes. Pour ces raisons, les responsables de la boutique sont déterminés à garder l'activité très ciblée. Micro Med est le meilleur pour le tournage multi-axes de type suisse selon des normes de qualité très élevées, et c'est ce qu'ils continueront à faire. Il est intéressant de noter que ce sens de concentration fort et constant aide les employés du magasin à ajuster leurs propres normes de qualité personnelles à un niveau approprié pour les types de clients que Micro Med sert, ce qui aide le magasin à atteindre le bon équilibre entre qualité et efficacité. C'est une question délicate dans l'industrie médicale, qui est de plus en plus soucieuse des coûts, mais où les pièces doivent encore être parfaites. "Vous voulez insuffler un désir de perfection", explique M. Davis, "mais en même temps, vous ne voulez pas qu'ils perdent leur temps à atteindre un niveau qui dépasse les exigences pratiques du travail." C'est un équilibre délicat, et il pense qu'il ne se prêtera pas à l'intégration de plus d'usinage de type marchandise dans le mélange. Soit le magasin aurait des coûts excessifs pour ces pièces, soit, pire, il introduirait une ambiguïté destructrice dans le magasin quant à ce que signifie "assez bon".

Micro Med continuera donc à se concentrer sur les parties difficiles. M. Davis pense qu'il y en a beaucoup plus et il est plus que disposé à tenter sa chance sur la capacité de leur atelier à continuer à rivaliser avec succès pour ce travail. MMS

Note de l'éditeur :Deux semaines après notre visite chez Micro Med, la société a annoncé qu'elle avait été vendue à Uniform Tubes, un fabricant de composants tubulaires sur mesure. Uniform Tubes apportera à Micro Med un soutien technique et commercial accru. Selon Joe Davis, la direction et la mission de l'entreprise resteront intactes.