5 étapes éprouvées pour atteindre la qualité en formage incrémental robotique

Le formage incrémental robotique est rentable pour le formage de tôles en petites séries. 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 tôles… et a décidé de les résoudre.

Pourquoi le formage de tôles en petites séries est coûteux

Le formage de tôles est un jeu de chiffres. Si vous fabriquez un grand nombre de pièces identiques, le coût et le temps s'équilibrent généralement. Cependant, si vous ne fabriquez qu'une ou deux pièces, cela devient rapidement antéconomique.

L'emboutissage profond est l'une des méthodes de formage de tôles les plus courantes. Il implique la conception et la fabrication d'un matrice, puis l'« étirement » lent de chaque feuille de matériau sur la matrice. Quand vous ne fabriquez que quelques pièces, le coût de la matrice dépasse largement le coût du formage lui-même.

Traditionnellement, la façon dont la plupart des fabricants ont géré ce problème est de l'accepter. « C'est la vie », dites-vous. Vous croisez les doigts en espérant que le reste de vos opérations d'usinage compensera ce processus inefficace. Ou, si la qualité n'est pas importante, vous pourriez opter pour le formage manuel de la tôle.

Mario et son équipe ont décidé que ce n'était pas une fatalité. Il existe une méthode pour former des produits de qualité qui est 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 économiquement des produits de qualité avec le formage incrémental robotique.

Qu'est-ce que le formage incrémental robotique ?

Le formage incrémental (aussi appelé formage incrémental de tôles) est une alternative à l'emboutissage profond qui implique de déformer le matériau de tôle peu à peu, couche par couche. En ce sens, c'est un peu comme l'impression 3D ou l'usinage CNC. Au lieu d'ajouter ou de retirer du matériau à chaque couche, la tôle est très légèrement pliée à chaque couche.

Depuis les années 1990, le formage incrémental a été réalisé à l'aide de machines CNC modifiées. L'outil CNC est remplacé par une sphère à pointe unique qui dessine la forme désirée sur le matériau de tôle 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 grandes pièces. Cela peut rendre impossible l'utilisation du formage incrémental pour le prototypage, qui est une application courante, par des entreprises.

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

Contrairement aux machines CNC, le robot ne limite pas la taille de la pièce. Par conséquent, l'équipe de Mario pense que le formage incrémental robotique pourrait être utilisé pour une large gamme d'applications nécessitant le formage de grandes tôles, notamment les implants crâniens, les prothèses et les panneaux automobiles.

5 étapes pour atteindre un formage incrémental robotique de qualité

Le formage incrémental robotique est étonnamment facile… mais seulement si vous suivez les bonnes étapes. L'équipe a utilisé les cinq étapes suivantes (décrites dans leur article de recherche) pour obtenir un produit de qualité avec le formage incrémental robotique :

1. Construire le modèle 3D

Presque tous les produits sont conçus dans des logiciels de CAO (Conception Assistée par Ordinateur), donc cette étape devrait être simple. Vous devez définir la forme que vous voulez fabriquer et créer un modèle 3D de celle-ci.

2. Générer une trajectoire

Vous devez ensuite générer une trajectoire CNC. Cela peut être fait dans de nombreux logiciels de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Vous pourriez même être capable de générer le modèle et la trajectoire dans le même logiciel. Cependant, si votre logiciel CAO/FAO n'a pas cette fonctionnalité, un logiciel FAO bon marché comme CamBam, MeshCAM ou FreeMILL peut être une bonne option.

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

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

1. Stratégie par couches Z — Cette stratégie simple consiste à dessiner chaque couche séparément, en s'enfonçant au début de chaque couche.
2. Stratégie en spirale — Cette stratégie légèrement plus complexe consiste à dessiner une ligne continue qui spirale du haut de la forme jusqu'au bas. Cela produit une pièce plus lisse et impose des forces moindres sur le robot.

3. Générer le G-Code

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

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

4. Transformer le G-Code en commandes robotiques

Pour 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 ont des modules logiciels 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 robotique en standard. Il est très facile à utiliser et plus rentable que les autres options du marché. Vous chargez simplement le fichier G-Code dans le logiciel et il génère automatiquement le parcours robotique, en évitant les erreurs du robot.

5. Transférer le programme au robot

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

• Choisir un robot à haute rigidité — Les robots ont une rigidité inférieure aux machines CNC. Cela peut causer une déviation de l'outil quand des forces très élevées sont appliquées, ce qui peut arriver dans les tâches d'usinage. L'équipe a utilisé un robot de forte charge (avec une charge utile de plus de 500 kg) pour s'assurer qu'il avait assez de rigidité pour la tâche.
• Éviter les matériaux inutilement épais — Un matériau épais sera difficile à former avec le robot en raison de leur faible rigidité. Choisissez seulement 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 lancez le programme, surveillez toute déviation de l'outil qui pourrait être causée 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 Maupertuis avec la collaboration de Halcyon performance.