Utiliser des robots pour automatiser la production de plastiques artisanaux en petites séries

Est-il possible d'automatiser un produit artisanal ?

Quand on pense aux produits artisanaux, on imagine souvent des articles sur mesure, hautement complexes où chaque pièce est nécessairement unique. Cependant, beaucoup de produits sont artisanaux simplement parce que les volumes de production ne sont pas assez élevés pour justifier l'automatisation complète.

Dans cette étude de cas, nous montrons comment un groupe de chercheurs en plastiques industriels a utilisé un robot et RoboDK pour automatiser un processus de fabrication en petites séries.

Le problème avec beaucoup de formes d'automatisation est qu'elles exigent un processus cohérent à haut débit. Sans cela, il n'a souvent pas de sens d'investir dans l'automatisation car on ne peut pas être sûr d'obtenir un retour sur investissement.

Quand vous avez un projet en petites séries, vous pourriez vous demander si l'automatisation est même possible.

C'est le problème qu'un groupe de chercheurs en plastiques industriels a adressé avec leur dernier projet robotique. Ils cherchaient un moyen petit et rentable d'automatiser l'assemblage de jouets hula-hoop en plastique.

Présentation de… ATS2i

Les chercheurs de l'entreprise française « Applications Thermoplastiques et Solutions Industrielles Innovantes » (ATS2i) ont réalisé ce projet. Il était dirigé par l'ingénieur Alexandre Temporel, qui travaille dans les plastiques industriels depuis plus de 15 ans.

L'entreprise se spécialise dans la conception et l'ingénierie de projets industriels innovants, avec une expertise spécifique dans l'industrie du plastique. Ils incorporent une gamme diversifiée de technologies de fabrication, dont l'impression 3D, l'usinage et le CNC.

ATS2i examine les projets sur tout le cycle de vie des projets industriels, de la R&D et études de faisabilité jusqu'à la conception et au prototypage.

Une partie de leur scope comme entreprise est d'aider les autres à moderniser leurs machines industrielles existantes par l'automatisation avancée.

C'est là qu'intervient leur projet robotique hula-hoop.

Le projet : Production de hula-hoops

Le projet concernait la production de jouets hula-hoop en plastique. C'est un bon exemple de tâche habituellement réalisée à la main dans de nombreuses situations quand de petites séries sont requises.

L'équipe d'ATS2i a créé leur configuration comme test pour voir si la robotique pouvait automatiser facilement l'étape d'assemblage de la production de hula-hoops.

Qu'est-ce qu'un hula-hoop ?

Si vous n'êtes pas familier avec les jouets hula-hoop, voici un rappel…

Les hula-hoops sont utilisés comme jouets depuis plus de 2 500 ans. Pour l'utiliser, vous le faites tourner autour de votre taille, membres ou cou. Les enfants les utilisent pour des jeux et les adultes comme exercice ou divertissement. Bien que les hula-hoops aient une longue histoire, ils ont connu une popularité massive dans les années 1950.

La plupart des hula-hoops modernes sont faits de tubes en plastique, bien qu'ils étaient traditionnellement faits de saule, bambou ou herbe raide.

La complexité de la fabrication d'un hula-hoop

Comme pièce d'ingénierie, les hula-hoops sont très simples à faire. Le tube en plastique est plié en cercle et les extrémités sont attachées ensemble, généralement en insérant un bouchon à double extrémité.

Bien qu'ils soient simples à produire, les hula-hoops ne sont pas toujours fabriqués à haut volume. Contrairement aux versions produites en masse, les artisans plus petits les produisent en petites séries.

La tâche de connecter les extrémités des cerceaux est un bon candidat pour l'automatisation.

C'est un bon exemple de tâche souvent requise dans d'autres domaines de la fabrication plastique.

L'application robotique : Assemblage de hula-hoop

Le projet de l'équipe impliquait une utilisation simple d'un robot collaboratif. En résultat, l'équipe a effectué la tâche dans l'atelier sans avoir besoin de mesures de sécurité supplémentaires comme des barrières ou capteurs de sécurité.

La configuration et le processus de fabrication étaient raisonnablement simples.

La configuration robotique

La configuration consistait en :

• Un robot collaboratif Universal Robots UR5.
• Une pince OnRobot.
• RoboDK pour la programmation robotique.
• Un gabarit de cintreuse à rouleaux pour plier les tubes en plastique.

L'équipe a intégré ces composants dans une seule cellule robotique qui ne prenait que l'espace d'une table.

Le processus de fabrication

Le processus pour créer un hula-hoop impliquait des aspects de machine tending (pour tendre la cintreuse) et d'assemblage.

Les étapes étaient :

1. Prendre et plier le tube dans la cintreuse à rouleaux, assurant une protrusion de 1,5 mm.
2. Aligner les extrémités.
3. Insérer le verre chauffé, utile pour fondre les extrémités du tube en plastique.
4. Presser les extrémités du tube ensemble, les fixant.
5. Attendre que le plastique refroidisse avant de le retirer de la machine.

Programmer le robot avec RoboDK

Alexandre Temporel et son équipe ont décidé d'utiliser RoboDK pour programmer le robot. Le logiciel est compatible out-of-the-box avec les robots UR et utile pour des tâches comme celle-ci.

Ils ont d'abord créé la configuration dans le logiciel. Avec la capacité de RoboDK à ajouter facilement des modèles 3D, ils ont aussi pu ajouter un modèle de la cintreuse à rouleaux. Cela a facilité l'alignement correct du robot avec la machine.

Vu la nature flexible des tubes en plastique, ils ont décidé qu'il était sensé de ne pas simuler les hula-hoops dans le logiciel. Cela n'aurait fait qu'ajouter de la complexité à la simulation et était inutile pour créer un bon programme.

Vous pouvez voir les résultats de leur travail dans cette vidéo :

Comment tirer des leçons de ceci pour votre propre application

Il y a beaucoup de façons d'utiliser la robotique dans votre processus sans devoir tout automatiser.

Cette étude de cas d'ATS2i est un bon exemple d'application facile à déployer et qui soulage une tâche répétitive pour la fabrication en petites séries.

On pourrait même argumenter que le produit reste essentiellement artisanal car le robot fait le même travail que l'humain ferait dans les mêmes circonstances — c.-à-d. tendre la cintreuse à rouleaux.

Quelle tâche en petites séries aimeriez-vous automatiser ? Dites-le-nous dans les commentaires ci-dessous ou rejoignez la discussion sur LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram ou sur le forum RoboDK.