Les 5 étapes pour obtenir un formage incrémental robotique de qualité

Le formage incrémentiel robotisé est rentable pour le formage de feuilles en petits lots. Cette étude de cas montre comment une équipe a atteint la qualité avec RoboDK.

Mario Guillo et son équipe sont chercheurs à l'Institut Maupertuis en France, spécialisé dans la recherche industrielle.

L'équipe a remarqué quelques problèmes avec les méthodes traditionnelles de formage de tôle… et ils ont décidé de résoudre ces problèmes.

Pourquoi le formage de feuilles en petits lots est coûteux

Le formage de la tôle est un jeu de nombres. Si vous fabriquez un grand nombre de pièces identiques, le coût et le temps s'équilibreront généralement. Cependant, si vous ne faites qu'une ou deux pièces, cela devient vite peu rentable.

L'emboutissage profond est l'une des méthodes les plus courantes de formation de feuilles. Il s'agit de concevoir et de fabriquer une matrice, puis d'« étirer » lentement chaque feuille de matériau sur la matrice. Lorsque vous ne fabriquez que quelques pièces, le coût de la matrice dépasse largement le coût du formage lui-même.

Traditionnellement, la plupart des fabricants ont traité ce problème simplement en l'acceptant. "Eh bien, c'est la vie", dites-vous. Vous croisez les doigts et espérez que le reste de nos opérations d'usinage équilibrera ce processus inefficace. Ou, si la qualité n'est pas importante, vous pouvez opter pour un formage manuel de la feuille.

Mario et son équipe ont décidé que cela ne devait pas être comme ça. Il existe une méthode pour former des produits de qualité et économique pour les petites séries :le formage incrémental.

Dans cette étude de cas, nous montrons comment Mario et son équipe ont utilisé RoboDK pour créer de manière économique des produits de qualité avec un formage incrémentiel robotisé.

Qu'est-ce que la formation robotique incrémentielle ?

Le formage incrémental (également connu sous le nom de formage incrémentiel de feuille) est une alternative à l'emboutissage profond qui implique de déformer peu le matériau en feuille. petit à petit, couche par couche. De cette façon, c'est un peu comme l'impression 3D ou l'usinage CNC. Au lieu d'ajouter ou de supprimer du matériau dans chaque couche, le matériau en feuille est très légèrement plié à chaque couche.

Depuis les années 1990, le formage incrémental est réalisé à l'aide de machines CNC modifiées. L'outil CNC est remplacé par une sphère à point unique qui dessine la forme souhaitée sur le matériau en feuille pour chaque couche. Un lubrifiant est utilisé pour réduire l'effet de frottement.

Les machines CNC modifiées sont une bonne solution, mais elles ont un problème :elles sont coûteuses pour les pièces plus grandes. Cela peut le rendre irréalisable pour les entreprises qui souhaitent utiliser le formage incrémentiel pour le prototypage, qui est une application courante.

Le formage incrémental robotisé surmonte ce problème en utilisant un robot industriel pour tenir l'outil. Il partage des similitudes avec l'usinage par robot que nous avons présenté dans un article précédent.

Contrairement aux machines CNC, le robot ne limite pas la taille de la pièce. En conséquence, l'équipe de Mario pense que le formage incrémental robotisé pourrait être utilisé pour une large gamme d'applications qui nécessitent le formage de grandes feuilles, y compris les implants crâniens, les prothèses et les panneaux automobiles.

5 étapes pour obtenir un formage incrémentiel robotique de qualité

La formation incrémentielle robotisée est étonnamment facile… mais seulement si vous suivez les bonnes étapes. L'équipe a utilisé les cinq étapes suivantes (telles que décrites dans leur document de recherche) pour obtenir un produit de qualité avec un formage incrémental robotisé :

1. Construire le modèle 3D

Presque tous les produits sont conçus dans des packages CAO (conception assistée par ordinateur), cette étape devrait donc être simple. Vous devez définir la forme que vous souhaitez fabriquer et en créer un modèle 3D.

2. Générer une trajectoire

Vous devez ensuite générer une trajectoire CNC. Cela peut être fait dans de nombreux packages CAM (Computer Aided Manufacturing). Vous pouvez même générer le modèle et la trajectoire dans le même logiciel. Cependant, si votre logiciel de CAO/FAO n'a pas cette fonctionnalité, un programme de FAO bon marché comme CamBam, MeshCAM ou FreeMILL peut être une bonne option.

L'équipe a utilisé le logiciel CamBam CNC, qui est un outil rentable pour concevoir et construire des modèles et des trajectoires CNC.

Au cours de cette étape, vous devrez décider de la profondeur de chaque couche et de la stratégie de superposition. L'équipe a expliqué qu'il existe deux stratégies courantes pour les pièces simples :

1. Stratégie de la couche Z — Cette stratégie simple consiste à dessiner chaque calque séparément, en indentant le début de chaque calque.
2. Stratégie en spirale — Cette stratégie un peu plus complexe consiste à tracer une ligne continue qui part en spirale du haut du formulaire jusqu'en bas. Cela produit une pièce plus lisse et impose moins de forces au robot.

3. Générer un code G

Une fois que vous avez votre trajectoire, la prochaine étape est pour le convertir en instructions qu'une machine CNC peut comprendre. L'option la plus courante est G-Code, mais vous pouvez également utiliser APT-CLS ou NCI.

Avec le formage incrémental traditionnel basé sur la CNC, ce serait la dernière étape avant la production. Cependant, comme nous utilisons des robots, il y a une autre étape, très importante.

4. Transformez le G-Code en commandes de robot

Afin d'utiliser un robot pour le formage incrémental, vous devez convertir le G-Code en commandes que le robot comprendra. Cependant, chaque fabricant de robots a son propre langage de programmation. Certains fabricants proposent des logiciels complémentaires CNC spécialisés, mais ils sont souvent très coûteux et ne fonctionnent qu'avec leur marque de robot.

Mario et son équipe ont décidé d'utiliser RoboDK car il inclut un outil d'usinage robotisé en standard. Il est très facile à utiliser et est plus rentable que les autres options sur le marché. Vous chargez simplement le fichier G-Code dans le logiciel et il génère automatiquement la trajectoire du robot, évitant ainsi les erreurs du robot.

5. Transférer le programme au robot

La dernière étape consiste à transférer le programme sur le robot et à démarrer le processus de formage incrémentiel. Si toutes les étapes précédentes se sont bien déroulées, cela devrait être assez simple. Cependant, il y a deux points que vous devez garder à l'esprit :

• Choisissez un robot à haute rigidité — Les robots ont une rigidité inférieure à celle des machines CNC. Cela peut entraîner une déviation de l'outil lorsque des forces très élevées sont appliquées, ce qui peut se produire lors de tâches d'usinage. L'équipe a utilisé un robot à charge lourde (avec une charge utile supérieure à 500 kg) pour s'assurer qu'il avait suffisamment de rigidité pour la tâche.
• Évitez les matériaux inutilement épais — Les matériaux épais seront difficiles à former avec le robot en raison de leur faible rigidité. Choisissez uniquement l'épaisseur de matériau requise pour votre produit et soyez prêt à utiliser un matériau plus fin si vous commencez à voir des déviations de l'outil.

La première fois que vous exécutez le programme, gardez un œil sur les déviations de l'outil qui pourraient être causées par des forces excessives appliquées à l'outil du robot.

Voici une vidéo du projet de l'équipe :

Ce travail a été réalisé par l'Institut Maupertius avec la collaboration d'Halcyon performance.