Usinage de précision de composants aérospatiaux à hautes tolérances

Rapid DTM a été fondée comme une entreprise unipersonnelle en 2002 par le Président, Tim Allard. Ayant travaillé pour de plus grandes entreprises comme Hitchiner Manufacturing, il a eu l'opportunité d'affiner ses compétences d'usineur sur un éventail impressionnant d'équipements incluant une Roku Roku grande vitesse, des machines 5 axes Hermle avec commandes Heidenhain, et quelques Makino haut de gamme. Mais initialement, dans sa propre entreprise, il faisait principalement du travail d'ingénierie et le premier équipement qu'il a acheté était une machine à mesurer tridimensionnelle (CMM).

Allard explique : « Je me suis dit que je construirais l'entreprise depuis le côté qualité, ce qui est un peu l'opposé de la façon dont tout le monde le fait. Cela a vraiment bien fonctionné pour moi parce que nous avons pu obtenir la certification ISO. Pour un atelier de notre taille d'avoir la certification ISO dès le départ, vous savez que tout le monde n'a pas ça, et très peu d'entreprises de notre taille l'ont du tout. C'est idéal pour l'usinage de pièces aérospatiales à hautes tolérances. »

En 2004, Allard a de nouveau recherché la technologie d'usinage grande vitesse car il voyait une opportunité dans la production de graphite pour des moulistes régionaux qui avaient des machines à enfonçage et avaient besoin d'électrodes. Il se souvient : « Donc, je cherchais une machine bien adaptée à l'usinage du graphite et c'est là que DATRON est apparu sur mon radar via une recherche web. Je suis allé chez DATRON, j'ai regardé la machine et fait les calculs mais je n'ai pas pu le faire à ce moment. Je savais que c'était un bon ajustement, c'était juste une question de timing. »

En attendant, Allard a acheté un Haas VF-1 avec une broche à 30 000 tr/min et un cône BT 30 et leur pack usinage grande vitesse. Il explique que le travail qu'ils obtenaient était stable mais pas idéal. « Au début, nous obtenions tous ces gros boîtiers en aluminium que nous évidions avec une fraise de 3/4 pouce. Pendant plusieurs années, c'est le genre de travail qu'on avait, mais on n'en a jamais vraiment fait beaucoup d'argent. »

Mais les choses ont changé rapidement quand son ancien employeur Hitchiner Manufacturing a fermé la division où il travaillait et les 25 employés qui avaient travaillé pour lui sont allés prendre des emplois dans d'autres entreprises. Allard a dit : « Ils sont tous devenus mes clients et l'un d'eux est allé chez BAE Systems et c'est lui qui nous a fait entrer là-bas à l'origine. »

Spécialisation dans l'usinage de pièces aérospatiales à hautes tolérances

Aujourd'hui, BAE Systems et d'autres clients de l'industrie aérospatiale comme Fibertek à Herndon, VA représentent 95 % de l'activité de Rapid DTM et cela s'est avéré très rentable pour l'entreprise. Tellement qu'en 2016, Allard a décidé de recentrer l'entreprise exclusivement sur l'activité de niche consistant à fabriquer ces petites pièces selon les spécifications exigeantes demandées par l'industrie. « Je voulais me concentrer sur ce qu'on fait bien et se débarrasser de certaines de ces autres choses. J'avais deux grands centres d'usinage verticaux, un gros Haas VF-5 et un gros Doosan et j'ai dit : débarrassons-nous de ces deux machines et prenons une autre machine qui va compléter notre petit Haas et restons sur ce travail de niche minuscule avec ces minuscules fraises qui dépassent un kilomètre, vous savez où vous avez vraiment besoin de pouvoir les monter en régime et tenir de la précision. »

Alors, ils ont acheté une DATRON M8Cube et ont aussi investi massivement dans leur activité de métrologie en doublant leur capacité de métrologie. En plus de leurs CMM, ils ont maintenant un système de vision et certains de leurs travaux sont purement de la métrologie et du travail CMM. Par exemple, DMG Mori leur fait vérifier des pièces de démo faites sur leurs machines et ils mesurent aussi des pièces pour d'autres ateliers d'usinage. Allard a bâti une telle réputation pour son expertise en CMM qu'il fait même de la formation CMM pour Hexagon Metrology, l'entreprise dont il achète ses équipements CMM. Un des autres clients d'Hexagon est un grand atelier d'usinage, et pendant qu'il les formait à utiliser leur CMM, il a appris qu'ils avaient des difficultés avec un travail de fraisage où ils devaient utiliser de très petits outils pour couper de l'acier. Il leur a expliqué qu'à un RPM maximum de 12 000, leur fraiseuse n'était pas à la hauteur. Quand il leur a dit qu'il avait une DATRON qui pouvait fraiser leur pièce, ils ont demandé : « C'est quoi une DATRON ? » Il a expliqué : « Le problème avec ce genre de travaux, c'est que les outils s'usent très vite parce qu'ils ne peuvent pas supporter la chaleur, il faut y aller et en sortir, surtout avec ce type d'acier qui a tendance à s'écrouir. » Avec cette explication, ils ont suggéré qu'Allard fasse le travail pour eux, et il a répondu en suggérant qu'ils achètent leur propre machine DATRON. Ce n'est pas que je ne voulais pas aider, c'est juste qu'on ne cherche pas vraiment plus de business. On est bookés 12 semaines à l'avance et on est occupés. Notre machine DATRON tourne seule 10 heures par jour du lundi au vendredi et 5 heures le samedi. »

En comparant la DATRON aux autres machines qu'il a faites tourner, Allard dit : « Évidemment, en termes de vitesse de broche, elles sont plus élevées que ce que la plupart des gens proposent. Haas n'offre rien au-dessus de 15 000 tr/min et les autres machines de cette taille ne tournent pas le genre de vitesses de broche que DATRON fait tourner. En plus de ça, la précision que DATRON a est vraiment exceptionnelle. Vous savez, je vérifie tout sur la CMM, et j'ai posté des vidéos nous montrant en train de vérifier la rondeur de pièces sorties de la DATRON et on est à environ 4 microns. »

Allard ne sent pas qu'il y a beaucoup de différence entre un atelier de production et un atelier de prototypage parce que même quand ils ne font que prototyper une pièce, il y a de bonnes chances qu'elle se transforme en travail de production en petite série plus tard. Comme exemple, il pointe une pièce BAE qui a commencé comme 5 prototypes il y a 2 ans, et ce jour-là, il en est à 35 assemblages. « On a fait les prototypes originaux, donc quand est venu le temps de leur commande de production, on était la seule entreprise qualifiée pour faire le travail. À cause de la nature de la pièce, et du fait qu'on avait prouvé qu'on pouvait le faire, ils ne voulaient pas la donner à quelqu'un d'autre. C'est un projet étrange, c'est un peu hors de l'ordinaire et c'est le genre de truc qu'on fait. Ce truc pourrait tomber dans la pile « pas de devis » pour beaucoup d'ateliers parce que c'est complexe, c'est tout du travail 3D, tolérances serrées, petites quantités, des trucs que la plupart des gens ne veulent pas toucher, … et c'est ce que j'aime. »

À cause de leur focus sur l'industrie aérospatiale, la machine DATRON de Rapid DTM est généralement utilisée pour fraiser de l'aluminium, mais ils l'utilisent aussi pour usiner de l'acier inoxydable 303, 17-4, du titane 6AL-4V, du G10, et beaucoup de Delrin selon Allard. Pour BAE Systems, les pièces varient toutes un peu mais sont similaires à certains égards — l'un étant que ce sont ces petits blocs d'aluminium MIC-6 d'environ 5 pouces sur 3 pouces et un demi-pouce d'épaisseur. Rapid DTM y fraise de minuscules rainures verticales assez profondes. Allard explique : « Donc, on fait tourner des outils vraiment petits qui dépassent bien plus que vous ne devriez jamais faire dépasser un de ces outils — mais c'est le genre de truc que je fais depuis longtemps. » Il y a des années, quand ils ont commencé à faire ces pièces, ça prenait à leur opérateur sur machine Haas environ 10 heures pour produire une seule unité. Grâce à l'évolution de la technologie FAO, essentiellement en pouvant faire plus de reprise d'usinage (rest machining), ils ont réussi à ramener ce temps de cycle à environ 5 à 6 heures sur leur machine Haas.

Allard dit, « Mais quand on a transféré le travail sur la DATRON, on a fait descendre le temps de cycle à environ 2,5 heures pour une amélioration de plus de 50 %. »

Dans le cas du prototypage et de la production en petite série de Rapid DTM, beaucoup de pièces qu'ils produisent ont des temps de cycle courts, donc des temps de préparation rapides sont critiques. Allard dit : « Je fais des petites quantités de tout. Sur les travaux des 4 derniers jours, notre temps de cycle est de 44 secondes, donc, je charge et décharge des pièces … ce qui n'est pas mon genre de travail préféré. Le fait que la préparation sur la M8Cube soit rapide et facile aide beaucoup. » La zone d'usinage sur la DATRON M8Cube est un ample 40″ x 32″ ce qui permet des configurations multiples comme des étaux, pinces pneumatiques et mandrins à vide. Cela donne aux fabricants la flexibilité de s'adapter aux besoins changeants et de changer rapidement. Leur machine a aussi une découpe à l'avant du plateau qui permet le bridage vertical pour usiner les bouts de pièces particulièrement longues ou hautes.

Concernant la grande zone de travail de la M8Cube, Allard dit : « Tous les deux ou trois jours, il y a un travail différent qui arrive pour tourner sur la DATRON et c'est la nature de ce que je fais. C'est aussi une partie du défi du prototypage, il faut configurer des étaux, mandrins à vide et outillage. Quand les gars de BAE Systems passent et regardent la M8Cube, l'une des premières choses qu'ils mentionnent, c'est que pour une machine de cette taille et de ce poids, elle a une tonne de déplacement XY. »

Allard est aussi extrêmement impressionné par la précision de la M8Cube et la qualité de la palpeuse Renishaw intégrée. « Dans le cadre de notre activité de métrologie, j'utilise la technologie de palpage depuis toujours et il y a aussi du palpage Renishaw dans la Haas. Mais je fais une démonstration sur les différences dans la façon dont les deux systèmes fonctionnent et certains des avantages que la DATRON a. Vous pouvez faire tout ce que vous faites sur la DATRON sur la Haas mais ça pourrait nécessiter quelques macros différentes pour le faire. Avec la DATRON, il y a un menu beaucoup plus large pour le palpage parce qu'il y a tellement plus de choses que vous pouvez faire dans ce même cycle.

Par exemple, hier j'utilisais des mors tendres. Donc vous avez deux mors d'étau configurés avec un espace entre eux. Donc, je voulais mettre un Z zéro sur le haut du mors d'étau arrière. Je voulais mettre le X zéro sur la ligne centrale de ce mors d'étau arrière et mon Y zéro à travers l'extérieur enjambant les deux mors. Avec la Haas, j'aurais dû faire ça en deux cycles différents. Je pouvais faire un X web et un Z comme un cycle et puis je devrais déplacer la broche vers la ligne centrale dans la direction Y et puis faire un cycle Y web. Alors qu'avec la DATRON, la façon dont ce menu est configuré, vous pouvez décaler X et Y pour palper Z et vous pouvez décaler Y pour palper X. Vous n'avez pas ces options dans les cycles Renishaw intégrés pour la Haas. Il n'y a vraiment pas d'autre système de palpage (dont je suis au courant) qui vous donne la flexibilité que le palpage DATRON offre. »