L'impression 3D crée une fenêtre d'opportunité d'automatisation

L'inspection manuelle des pièces à intervalles réguliers a provoqué cette automatisation cellule de retournement pour suspendre la production. L'impression 3D d'une goulotte de collecte de pièces pour livraison à l'extérieur de la cellule a éliminé ce problème. (Toutes les photos sont une gracieuseté de Superior Metal Products, sauf indication contraire.)

Il y a un an, j'ai pu visiter Superior Metal Products d'Omaha pour écrire une histoire sur une cellule robotique complexe dans laquelle un centre de tournage à deux broches Doosan TW2600 effectuait des opérations de surfaçage sur une famille de composants de pompe en fonte ductile. En bref, cette cellule comportait un convoyeur entrant amenant les pièces à un robot FANUC qui les chargeait dans la machine, puis déchargeait les pièces terminées et les plaçait sur un chariot.

Il s'agissait de la deuxième cellule d'usinage robotisée de l'atelier. Son premier, installé en 2018, comprend un centre de tournage Okuma LB3000 EXII fonctionnant sans surveillance grâce à une unité robotisée de chargement et de stockage de pièces LoadAssistant de Halter. Cette unité autonome, qui est installée juste à gauche de la porte de la machine, comprend un robot FANUC et une table indexable à deux côtés pour contenir respectivement les ébauches de matériau et les pièces terminées. Les opérateurs peuvent accéder en toute sécurité à la moitié de la table pour retirer les pièces terminées et charger de nouvelles ébauches pendant que le robot manipule le matériau pour servir la machine sur l'autre moitié de la table.

Cette photo, celle que j'ai prise avant les pièces une goulotte de collecte a été ajoutée, montre comment l'opérateur devrait entrer dans la zone du robot pour accéder à une pièce à inspecter.

Une clôture partielle sépare l'opérateur de la machine de la partie de la table de stockage à laquelle le robot peut accéder. Cependant, la zone devant la porte de la machine est ouverte pour permettre à l'opérateur de s'approcher de la machine si nécessaire. Ceci est possible car le scanner laser de l'unité peut détecter quand l'opérateur s'approche de cette zone. Il déclenche le ralentissement du robot lorsqu'une personne entre dans une zone de sécurité extérieure définie de l'espace au sol et s'arrête si la personne entre dans la zone intérieure définie plus près de la machine et du robot.

Au fil des ans, cette configuration a permis à Superior Metal Products de réaliser une bonne partie du fonctionnement de la machine sans surveillance. Cela dit, l'inspection obligatoire des pièces à des intervalles définis obligeait l'opérateur à pénétrer dans les zones de sécurité pour accéder aux pièces à mesurer, interrompant temporairement la production. Une goulotte de collecte de pièces en plastique intelligente imprimée sur l'imprimante 3D de bureau du magasin et installée sur la clôture LoadAssistant a résolu ce problème. Le robot peut désormais déposer les pièces à inspecter dans la goulotte où l'opérateur peut y accéder sur un plateau sans entrer dans les zones de sécurité balayées par laser et sans arrêter la production. En fait, ce n'est qu'un exemple de la façon dont Superior Metal Products a utilisé son imprimante 3D pour fabriquer des articles qui sont non seulement utiles dans l'atelier, mais qui sont peut-être plus faciles à créer que l'usinage traditionnel.

L'impression comme alternative à l'usinage

Superior Metal Products dispose d'une multitude d'équipements dans son usine de 30 000 pieds carrés. Cela comprend les VMC, les HMC et les centres de tournage, ainsi que les équipements de taillage, de brochage, de meulage, de rodage, de soudage et d'équilibrage. L'imprimante plastique 3D de la boutique, un modèle de bureau Lulzbot TAZ-6, a été achetée fin 2017.

La première étape de l'impression 3D consiste à créer un Modèle CAO de la ou des pièces. Voici un modèle des composants qui composent la goulotte de collecte des pièces.

Frank O'Connor, président de Superior Metal Products, dit que même s'il ne savait pas exactement comment l'imprimante pourrait aider à répondre aux besoins de l'atelier, le moment semblait venu de l'acheter et de l'expérimenter. Depuis lors, l'atelier a imprimé un certain nombre d'articles qui se sont avérés utiles pour soutenir divers processus d'usinage et de fabrication dans son usine.

"C'est incroyable le nombre d'utilisations internes qu'un atelier d'usinage typique peut avoir pour des articles imprimés en 3D", déclare O'Connor. "S'il est vrai que certains articles peuvent être usinés, les produire via l'impression 3D est parfois la voie la plus simple à suivre."

Il explique qu'avec l'impression 3D, il crée un modèle CAO de la pièce; définit une poignée de paramètres d'impression, y compris la température, le pourcentage de remplissage (géométrie interne) et l'épaisseur de paroi ; appuie sur "imprimer" ; et revient plus tard pour trouver une pièce terminée sur la plaque de construction de l'imprimante. Avec l'usinage, il devrait créer une esquisse ou ce même modèle CAO de la pièce ; écrire un programme CNC (maintenant, l'imprimante 3D pourrait imprimer la pièce et il pourrait être sur autre chose); trouver et scier des ébauches de matériaux ; rassembler les outils de coupe et éventuellement les dispositifs de serrage ; configurer la machine ; et, enfin, inspecter la pièce usinée. Cela consomme non seulement son temps, mais aussi celui d'une machine qui pourrait autrement exécuter des pièces de production.

«Je ne touche pas à l'usinage. L'usinage est bien plus cool que l'impression 3D », plaisante O'Connor. « De plus, mon gagne-pain repose sur une demande de pièces usinées. Mais, pour les pièces uniques ou à faible volume qui peuvent fonctionner de manière sûre et fiable lorsqu'elles sont fabriquées à partir de matériaux imprimables, l'impression 3D est une bonne option."

Voici la partie principale de la chute des pièces mi-impression. Notez les supports au milieu qui sont retirés une fois l'impression terminée.

La goulotte à pièces avec bac de récupération pour la cellule automatisée Okuma en est un bon exemple. L'entrée de la goulotte est située dans la zone protégée (à l'intérieur des zones de clôture et de balayage laser) et sa sortie est à l'extérieur de cette zone. O'Connor affirme que les avantages incluent non seulement l'accès à la pièce sans interrompre la production et le respect constant de la fréquence d'inspection, mais également que l'opérateur de la cellule peut effectuer une tâche à proximité de la cellule et rechercher rapidement la présence de la pièce dans le plateau pour savoir si oui ou non il est temps d'inspecter une pièce.

Une routine personnalisée dans le contrôle Halter LoadAssistant prend données conversationnelles pour enregistrer la longueur de la pièce et ajuster le point de chute de la pièce en conséquence pour garantir une entrée en douceur de la goulotte.

O'Connor dit que l'opération de chute de pièce du robot est une routine personnalisée créée via le contrôle LoadAssistant. L'opérateur ajoute simplement la routine à la liste des tâches du robot, puis remplit une valeur de registre dans le pendentif d'apprentissage FANUC pour définir la fréquence de chute d'inspection. Lorsque le décompte du registre est atteint, la pièce finie suivante est placée dans la goulotte, au lieu d'être livrée à la table LoadAssistant. "L'aspect intéressant de la routine personnalisée est qu'elle utilise les données conversationnelles Halter pour enregistrer la longueur de la pièce et ajuste le point de chute en conséquence pour assurer une entrée en douceur de la goulotte", déclare O'Connor.

Autres exemples d'impression

Lors de ma visite en 2019, j'ai remarqué un certain nombre d'autres appareils utiles que Superior Metal Products a conçus et imprimés pour répondre à ses divers besoins en atelier. Voici des exemples d'un que j'ai vu ainsi que d'autres qui ont été récemment ajoutés.

Des plateaux imprimés en 3D comme celui-ci I photographiées contiennent des outils à changement rapide qui sont utilisés sur un tour à double tourelle dans une autre cellule d'usinage automatisée de l'atelier. Les plateaux reposent sur le rebord de l'enceinte de la machine pour faciliter l'accès de l'opérateur. O'Connor dit qu'ils fournissent également à l'équipe d'entretien de la cellule un indicateur visuel indiquant lequel des outils a besoin d'inserts indexés ou remplacés pendant que la cellule fonctionne. Lorsque les plateaux sont sur la table de travail de la cellule (à l'extérieur de la barrière de sécurité), les outils dont les arêtes de coupe des plaquettes pointent vers la machine sont prêts à être installés tandis que ceux dont les arêtes de coupe pointent à l'opposé de la machine ont besoin de rafraîchir les plaquettes avant le prochain cycle de changement.

Des mâchoires d'étau comme celles-ci peuvent être imprimées en 3D pour accueillir des formes semi-complexes. Ceux-ci ont été imprimés à partir de polyéthylène téréphtalate glycol (PETG) avec un remplissage solide. Ils peuvent supporter 50 lb-pi. de couple de serrage de l'étau et ont été utilisés pour les opérations de fraisage, perçage, alésage et brochage de cette pièce particulière. O'Connor note qu'il n'y avait aucun signe de dégradation à la fin de la série de 25 pièces.

Ce système de stockage modulaire avec des plateaux et un point commun le concept de rayonnage de poste de travail est utilisé pour contenir diverses jauges d'inspection. Les goupilles de jauge, les jauges de filetage, les dispositifs d'inspection spécifiques aux pièces, etc. sont équipés par le personnel de contrôle de la qualité et envoyés à l'atelier dans le cadre de la configuration/de la libération du travail pour la production.