Entretien d'experts :Dunlop Systems and Components Mark Statham sur l'adoption de l'impression 3D pour l'outillage

Les gabarits, fixations et autres outils d'outillage constituent l'épine dorsale de tout étage de production. Cependant, il n'est pas rare que ces outils prennent des semaines à produire, provoquant des goulots d'étranglement dans le flux de production.

Pour surmonter ce problème, les entreprises adoptent de plus en plus l'impression 3D pour accélérer la fabrication d'outillages. L'entreprise britannique de fabrication automobile, Dunlop Systems and Components, est l'une de ces entreprises.

Dunlop a intégré la technologie d'impression 3D composite de Markforged dans son activité fin 2018. Neuf mois plus tard, la société imprime désormais en 3D des pièces d'outillage et des prototypes en quelques jours seulement.

Dans l'interview d'expert de cette semaine, Mark Statham, directeur de la production et de l'ingénierie chez Dunlop, rejoint AMFG pour discuter du processus d'adoption de l'impression 3D et de la façon dont la technologie contribue à rationaliser les domaines des processus de production de l'entreprise.

Pourriez-vous me parler un peu des systèmes et composants Dunlop ?

Dunlop Systems est né de la société Dunlop d'origine dans les années 1960 et a commencé à produire tous les types de systèmes de suspension. Cela a commencé avec le mini Metro, puis, au fil des décennies, nous avons introduit la suspension pneumatique sur les plateformes de différents constructeurs automobiles, notamment les camions Land Rover, GM, Isuzu et Renault, ainsi que sur les véhicules spécialisés.

Plus récemment, nous sommes entrés dans des marchés de niche plus petits, par exemple, nous sommes entrés dans le marché des ambulances (Renault, LDV) et le marché de l'accès aux fauteuils roulants, où vous avez des véhicules pouvant accueillir des fauteuils roulants.

En 2014, nous avons emménagé dans une installation spécialement conçue à cet effet, ce qui nous a permis de nous lancer sur de nouveaux marchés sous la marque Dunlop Systems.

Quels types de clients et d'industries Dunlop sert-il ?

Nous desservons principalement l'industrie automobile. Par exemple, nous fabriquons des suspensions de véhicules pour tous les Land Rover haut de gamme, Discovery, etc. et nous fabriquons également des véhicules spécialisés Renault et Dennis.

Nous servons également l'industrie ferroviaire ; Bombardier est l'un de nos clients. L'un des produits que nous fabriquons pour ce secteur sont les vannes.

Nous avons des clients qui achètent nos produits et les utilisent pour déplacer des machines afin qu'ils puissent soulever des machines dans l'air, sur une suspension pneumatique, et déplacez-le assez facilement.

Nos produits sont également utilisés dans le secteur industriel à la fois pour la suppression des vibrations et le mouvement. Une application inhabituelle est l'utilisation de soufflets alambiqués pour les manèges forains - nous desservons donc un large éventail de secteurs.

Qu'est-ce qui a motivé la décision de l'entreprise d'envisager la fabrication additive ?

Dunlop reçoit des demandes de renseignements et l'intérêt de nouveaux clients pour l'installation de nos systèmes de suspension pneumatique (ECAS) sur leurs véhicules. Les clients ont besoin de délais plus courts, de la conception au SOP, et par conséquent, il était nécessaire d'accélérer toutes les parties du processus de conception et de fabrication.

Les contraintes budgétaires sont assez serrées car nous essayons de soutenir notre programme client sans trop dépenser. Nous cherchions également à financer de nouveaux travaux de développement pour attirer de nouveaux clients. Ainsi, lorsque j'ai été envoyé pour étudier l'impression 3D, c'était dans l'idée que cela nous aiderait à économiser de l'argent et peut-être aussi à générer de nouvelles affaires. C'est là que nous sommes entrés pour la première fois dans l'impression 3D.

Lorsqu'il s'est agi de proposer l'idée d'un additif, a-t-il été difficile d'obtenir l'adhésion au début, ou toute l'entreprise a-t-elle été impliquée dès le départ ?

Les ingénieurs de notre bureau d'études s'étaient déjà penchés sur l'impression 3D quelques années auparavant.

Nous avons notre propre centre d'essai où nous concevons et fabriquons des suspensions, puis les soumettons à un test d'endurance. Évidemment, ces suspensions doivent durer un million de kilomètres. Ils sont soumis à des taux d'endurance élevés à haute fréquence et à grande vitesse et ils y restent pendant environ deux semaines, ce qui simule la durée de vie de l'unité de suspension.

Lorsque nos ingénieurs se sont penchés pour la première fois sur l'impression 3D, ils ont constaté qu'ils ne pouvaient pas atteindre ce type de durée de vie avec les matériaux disponibles. Mais nous n'avions pas radié la technologie.

L'année dernière, mon directeur m'a approché et m'a demandé si je participerais à un séminaire en ligne pour voir si, et comment, nous pourrions utiliser l'impression 3D. Le séminaire, organisé par Markforged, a montré la technologie et les matériaux dont ils disposaient et, plus important encore, comment d'autres l'ont utilisé. C'est à ce moment-là que j'ai pensé que l'impression 3D pourrait également nous être utile.

Mais pour vraiment faire une analyse de rentabilisation, j'ai dû examiner quelles pièces devaient être réparées, ce qui nécessitait une révision ou remplacer, puis mettre une feuille de calcul avec ce que cela nous coûterait.

Certaines pièces sont remplacées chaque année, d'autres sont remplacées lorsqu'elles se cassent. Il est devenu clair que le fait d'avoir une imprimante 3D à bord ne remplacerait pas complètement tout l'outillage, car nous avons des outils à usage intensif, à haute température et à fort impact.

Mais cela allait nous fournir l'option de remplacement. En tenant compte des coûts d'acquisition de l'imprimante et des coûts mensuels de fonctionnement, j'ai calculé que nous verrions facilement le retour sur investissement en deux ans.

J'ai compilé une liste d'environ 100 pièces d'outillage, que je pensais que nous pouvions remplacer et qui devaient être remplacées, ou que nous ne pouvions pas nous permettre de remplacer. Sur cette base, nous avons pu justifier les dépenses.

Environ trois semaines plus tard, nous avons fait livrer notre imprimante et nous avons été remboursés dans les six mois.

Comment était le processus de déploiement de la technologie au début ?

Lorsque l'imprimante 3D est arrivée, nous étions opérationnels en une heure environ. Nous avons commencé par parcourir la liste de nos critères les plus importants.

Nous ne voulions pas que cela fonctionne du jour au lendemain à ce stade. Nous voulions garder les choses simples et nous concentrer sur les outils simples qui figuraient sur la liste des priorités.

Par exemple, nous proposons des éléments de suspension de haute qualité qui équipent les véhicules haut de gamme comme les Bentley, les Audi et les Porsche. L'un de nos principaux clients achète nos modules et ajoute ses propres composants pour créer un vérin pneumatique complet.

Parce qu'il s'agit de composants de véhicule de haute qualité, nous avons un outillage en nylon pour les maintenir en place pendant notre processus de protection des pièces. Ces outils en nylon s'usent, se salissent et ne sont pas très attrayants. Les pièces de rechange en nylon ont donc été les premiers articles que nous avons imprimés. Nous avons remplacé le nylon blanc par du Black Onyx de Markforged.

Ceci a été bien reçu car nous obtenions des pièces immédiatement en quelques heures. Normalement, si l'on doit remplacer une pièce, il faut d'abord trouver le plan, l'envoyer pour devis et attendre le retour du devis de l'outilleur, ce qui peut prendre des jours.

Le simple fait d'obtenir les documents nécessaires pour passer la commande a pris environ une semaine à deux semaines. Ensuite, pour eux, la fabrication de la pièce, selon sa complexité, pourrait prendre encore une semaine.

Vous envisagez un délai d'exécution d'au moins deux semaines, alors que nous imprimions des pièces quotidiennement. C'est alors que nos collègues de l'atelier ont vraiment vu les avantages de l'impression 3D.

Les toutes premières pièces imprimées étaient des pièces très simples. Ensuite, nous avons commencé à parcourir les pièces et avons appris à quel point les pièces imprimées en 3D étaient légères, mais en même temps solides. Cela a ouvert une large gamme d'outillage que nous pouvions remplacer.

Elle a été très bien accueillie la première semaine; l'atelier recevait des pièces en jours et en heures, plutôt qu'en semaines. Et parce que nous sommes conformes à la norme IATS, le service qualité met plus de temps à inspecter la pièce qu'à nous l'imprimer.

Vous avez dit que vous aviez commencé simplement. Votre utilisation de l'impression 3D a-t-elle évolué au cours des neuf mois où vous avez l'imprimante 3D ?

Oui. Nous pouvons désormais fabriquer des pièces et des outillages très complexes et nous avons développé des méthodes pour fixer ensemble deux pièces imprimées en 3D.

Nous avons beaucoup de petits clients spécialisés qui produisent des véhicules d'accès en fauteuil roulant. Nous avons développé des partenariats avec ces entreprises et une partie de cela est de soutenir leurs budgets relativement petits. D'autres clients plus petits recevaient de l'outillage que nous avions utilisé à partir d'outils obsolètes ; ça n'avait pas l'air attirant, mais ça faisait quand même le travail.

Désormais, pour ces clients, nous pouvons imprimer en 3D des pièces de maintien de travaux très complexes qui s'adaptent parfaitement à leurs pièces et protègent mieux leurs pièces qu'auparavant. Cela signifie également que nous pouvons leur livrer la pièce plus rapidement, avec moins de risque de l'endommager, car il s'agit désormais d'un outillage technique approprié.

Nous expérimentons également différentes techniques d'assemblage. Par exemple, parce que nous moulons tous nos produits en interne, notre produit doit être expansé avant d'entrer dans le processus de moulage.

Nous avons une machine d'expansion dans l'atelier qui nous a coûté environ 14 000 £ à développer en interne. Nous l'appelons "la fusée" car elle mesure environ deux mètres de long et elle mesure environ deux mètres de haut. Il pointe à un angle vers l'opérateur, de sorte que l'opérateur peut charger et décharger le produit assez facilement. Mais la zone de travail réelle ne fait qu'environ un demi-mètre de long. Mais c'est tout l'actionnement de cette machine qui fait gonfler le produit.

Pour la zone de travail, nous avons maintenant imprimé en 3D un tube d'un demi-mètre et il est imprimé en six parties différentes que nous avons réunies.

Nous avons fait le premier essai d'expansion d'un produit dans ce tube d'un demi-mètre au lieu de sur la plus grande machine. Mais ce prototype de luminaire ne coûte que 600 £, une fraction du coût.

Comme nous sommes désormais le fournisseur d'un nouveau constructeur automobile, nous aurons probablement besoin d'environ six de ces machines. Si cela fonctionne, nous pouvons économiser beaucoup d'argent.

L'une des choses que les entreprises nous disent souvent, c'est leur besoin d'expertise AM en interne pour pouvoir adopter avec succès la technologie. Était-ce un problème auquel vous avez été confronté ?

Nous avons cinq personnes dans mon équipe et notre service gère et entretient l'imprimante 3D. Tout le monde dans notre service a rapidement compris la technologie et nous essayons différentes choses.

D'autres départements s'habituent lentement à la technologie. Par exemple, nous avons imprimé des jauges pour notre service qualité. Le service qualité doit vérifier que certaines pièces sont dans les tolérances. Comme ils ne sont pas très critiques, nous avons imprimé en 3D des jauges pour eux. Ainsi, notre service qualité a embarqué une partie de ces outillages imprimés en 3D.

Nous avons également produit des pièces prototypes pour notre équipe de conception. Les pièces prototypes sont normalement très chères car vous devez les usiner à partir d'acier massif ou d'aluminium massif.

Sur la suspension pneumatique d'un véhicule, vous avez normalement des guêtres, qui empêchent les pierres de heurter la suspension et de rompre l'airbag. Cette guêtre est appuyée sur les jambes de force à l'aide d'un collier en plastique. Puisqu'il s'agit d'un prototype, il ne pouvait pas être moulé car personne ne concevrait un moule pour un prototype. Il aurait pu être usiné à partir de solides, mais la conception est si complexe qu'il faudrait probablement une machine CNC spécialisée.

En conséquence, nous avons imprimé en 3D des prototypes de colliers et, comme il s'agit d'une impression 3D, nous pouvons obtenir la tension requise car il doit se tordre et se déplacer avec un véhicule. C'est assez réussi.

Cependant, quand vous regardez potentiellement 50 000 véhicules par an, c'est 100 000 de ces produits, ce n'est pas encore tout à fait dans notre domaine, car nous n'avons qu'une seule imprimante. Nous ne sommes pas actuellement une entreprise de fabrication 3D.

Alors maintenant, l'équipe de conception cherche toujours à mouler ces pièces et à obtenir un mouleur en plastique. L'impression 3D a été bonne pour le développement, mais c'est toujours un processus lent.

Quelle est la vision de Dunlop pour la technologie à l'avenir ? Pensez-vous que votre utilisation de l'impression 3D s'étend à d'autres applications ?

Actuellement, nous nous concentrons sur l'outillage car nous devons recréer complètement une nouvelle gamme d'outillage dans les 12 à 18 prochains mois. Nous sommes en train de le concevoir avec l'impression 3D.

Nous avons tous les designs actuels, qui ont bien fonctionné pour notre ligne actuelle. Avec l'impression 3D, il faut faire une légère conversion pour rendre la pièce plus solide à certains endroits et on peut maintenant ajouter de la fibre de carbone. C'est donc notre objectif pour le moment.

Cependant, parce que nous concevons des pièces de suspension à partir des années 1960, nous avons toujours des clients qui les achètent. L'industrie ferroviaire achète donc nos vannes de nivellement à l'ancienne. Il s'agit d'un élément de carrosserie qui utilise un système de levier de base pour déplacer l'air d'une partie du train à l'autre, de sorte qu'il s'incline dans les virages. Il est utilisé par des clients comme Virgin Trains et Bombardier.

Cette pièce a été conçue dans les années 60 et au début des années 70. Le moulage d'origine, qui est en aluminium, s'use, nous envisageons donc d'essayer de remettre à neuf ce moulage, qui est assez coûteux. Mais il y a aussi la possibilité d'imprimer le corps en 3D pour qu'il puisse ensuite utiliser le système. C'est une possibilité. Nous aurons certainement besoin de plus d'imprimantes pour cela.

Nous examinons également si nous pouvons recycler certains de nos produits parce que les moules vieillissent.

Que réserve l'année prochaine à Dunlop ?

Cela va être une année très chargée pour nous, car nous avons un nouveau lancement de plate-forme de véhicule électrique à venir. Nous devons également soutenir notre activité croissante sur les systèmes ECAS pour les autres OEM qui ont obtenu l'accréditation IATF 16949. Nous nous concentrerons également sur l'important marché secondaire, qui est un modèle commercial de longue date pour nous.

Notre entreprise se concentrera sur la production OEM à haut volume, la production de pièces de rechange plus petite et le développement ultérieur de notre gamme industrielle de composants anti-vibrations.

Concernant l'impression 3D, nous surmenons notre imprimante 3D, elle n'a pas cessé de fonctionner. Nous cherchons donc également à acheter une nouvelle imprimante plus grande. Cela signifie que nous aurons deux imprimantes en cours d'exécution, ce qui nous donnera plus de débit.

Pour en savoir plus sur Dunlop Systems, visitez : https://www.dunlopsystems.com/