L'expertise Mill-Turn améliore l'usinage de précision des micro-engrenages

Amorphology, une spin-off de la NASA, est leader dans l'application de matériaux avancés et technologies de fabrication pour l'amélioration de micro-engrenages non lubrifiés pour la robotique et autres applications industrielles utilisant des métaux « amorphes » tels que les verres métalliques en vrac.

Ces matériaux ont des propriétés avancées comparées à l'acier, le titane et l'aluminium, par exemple, et les brevets de la société pour plusieurs alliages métalliques sont basés sur le développement d'engrenages pour l'espace et autres applications à températures extrêmes de froid.

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Le s191H est l'un d'une famille de centres d'usinage mill-turn Starrag Bumotec ciblant l'usinage de précision de pièces souvent complexes en une seule configuration. Source : Starrag

Les métaux amorphes sont une classe d'alliages non-cristallins qui se coupent et s'ébrèchent différemment des autres matériaux, explique la société. Dans sa tentative de trouver une machine-outil capable de produire ses micro-engrenages, Amorphology a conduit des tests avec plusieurs fournisseurs de machines, incluant Starrag, pour évaluer la précision, les temps de cycle et les capacités globales des machines alors qu'elles coupaient un alliage relativement inconnu.

« Nous étions concentrés sur la recherche de la meilleure machine pour répondre à nos besoins de prototypage rapide, découpe d'inserts de moule et post-traitement », dit Jason Riley, COO d'Amorphology. Finalement, la société a choisi le mill-turn Bumotec s191H de Starrag.

Après avoir reçu les fichiers CAO des micro-engrenages prototypes et effectué des tests d'usinage en utilisant un outil de coupe développé par Starrag sur les sites du constructeur de machines-outils en Suisse et aux États-Unis, plusieurs lots d'échantillons ont été produits.

« Nous visons des pièces de haute précision avec des tolérances souvent autour de cinq microns sur certaines dimensions », explique Riley. « La plupart de notre travail se concentre sur le prototypage rapide et des quantités de production par lots relativement faibles dans la région de centaines de pièces par mois.

« Le Bumotec fournit les capacités mill-turn que nous n'avons pas actuellement, ainsi qu'une capacité de production plus élevée », ajoute-t-il. « La machine complète nos capacités actuelles et fournit des capacités que nous n'avons pas. »

Voici des exemples de micro-engrenages produits sur le mill-turn. Source : Starrag

Amorphology souligne que le Bumotec s191H peut « offrir une proposition de valeur unique », en usinant soit des pièces unitaires, soit en produisant des centaines de composants en scénario lights-out.

En plus de fabriquer des engrenages pour usages aérospatiaux, les engrenages d'Amorphology sont utilisés dans les cobots, robots et dispositifs médicaux. Par exemple, la plupart des cobots utilisent des engrenages à onde de contrainte — le composant principal étant un flexspline, qui est une pièce complexe à paroi mince.

Le s191H est l'un d'une famille de centres d'usinage mill-turn Bumotec ciblant l'usinage de précision de pièces souvent complexes en une seule configuration. Avec une capacité de barre de 65 mm, chargeur de barres et distribution de liquide de refroidissement haute pression (3 hp), le s191H peut atteindre des capacités d'usinage à ±2,5 microns dans ses plages d'axes X, Y et Z de 410 par 200 par 400 mm grâce aux entraînements linéaires et à la haute stabilité thermique.

Évolué du mill-turn Bumotec s191 de Starrag, la version 191neo offre des capacités de performance supplémentaires incluant 15 % de temps de changement d'outil plus rapide, 12 % de mouvement de contre-usinage plus rapide et une broche de fraisage à couple plus élevé (175 Nm). Cette plateforme de machine multitâche avec broche B-axis offre un stockage de jusqu'à 90 outils dans son système de changement d'outil automatique. Le modèle montré ici était exposé à l'IMTS 2022 démontrant l'usinage de cages vertébrales complètes en polymère polyétheréthercétone (PEEK). Source : PM

En plus, sa broche principale est complétée par une contre-broche qui peut tourner dans les plans horizontal et vertical pour permettre des routines multitâches. Les options de magasin d'outils s'étendent jusqu'à 90 poches sur une machine qui a des vitesses de déplacement rapide de 50 m/min et une vitesse de broche de 30 000 tr/min (40 000 tr/min en option) qui contribuent aussi à ses temps de cycle rapides.

Beaucoup de pièces de cobots, robots et dispositifs médicaux d'Amorphology peuvent être moulées ou injectées, mais parfois ces micro-pièces doivent être post-traitées à des tolérances plus élevées. Starrag Bumotec a « fait ses armes » en conçant des machines pour l'industrie horlogère suisse et, en résultat, les machines sont habiles à produire des engrenages micro-dimensionnés de haute valeur. Amorphology projette que le Bumotec s191H usinera des boîtes de vitesses micro sans lubrification.

La société a aussi apprécié les résultats et dans les discussions avec Starrag sur comment les deux organisations pourraient coopérer, il a été convenu qu'Amorphology présenterait la machine Bumotec dans son installation de Pasadena, Californie, pour que les clients des deux entreprises puissent la voir.

Au centre de démo, la machine peut être vue produisant une variété de pièces incluant engrenages, inserts de moule, verres métalliques en vrac et pièces de production en métal traditionnel.

Greg Dunkley, vice-président de l'ingénierie de précision chez Starrag Bumotec, dit : « Établir un environnement de laboratoire pour montrer la précision, la qualité et les capacités du Bumotec s191H permettra aux ingénieurs aérospatiaux et de défense d'expérimenter cet usinage en temps réel qui pourrait être utilisé dans leurs opérations de fabrication. »