Fabrication additive : propulser l'innovation à travers les industries

L'adoption de la technologie de commande de mouvement, de la robotique et de la conversion d'énergie sont les moteurs clés de la croissance rapide de la fabrication additive actuelle. Ce procédé non traditionnel, qui utilise des données de conception numérique pour créer des objets solides tridimensionnels en fusionnant des matériaux couche par couche de bas en haut (impression 3D), contribue également aux résultats transformateurs que réalisent aujourd'hui des entreprises dans des secteurs variés comme l'aérospatiale, l'automobile, la mode, les sciences de la vie et les produits de consommation.

Une complexité croissante

Depuis les débuts de l'impression 3D de prototypes jusqu'à son rôle émergent de producteur à part entière de pièces industrielles, le champ d'application de la fabrication additive (FA) évolue rapidement. Jadis limitée aux plastiques, la technologie actuelle peut désormais traiter des substances telles que les céramiques, les composites, les métaux, les polymères et les matériaux hybrides. Au total, plus de cent matériaux peuvent être utilisés en fabrication additive, ouvrant la voie à la production d'objets plus sophistiqués et durables comme des outillages de machines et des moules de production complets.

Malgré des percées innovantes et une croissance abondante, davantage de travail reste nécessaire pour atteindre la vitesse requise pour rendre les équipements additifs viables pour les utilisateurs finaux souhaitant fabriquer des composants finis en grands volumes. Mais l'accélération radicale nécessaire pour plus de vitesse ne peut se faire au détriment de la qualité des pièces finies. Cela pose à l'industrie une grande question : d'où viendra le bond essentiel en rapidité, tout en maintenant la qualité, pour la fabrication additive ?

Si la réponse ultime peut provenir de multiples sources, le meilleur endroit pour chercher une solution idéale réside dans les améliorations que peut apporter la commande de mouvement.

La commande de mouvement dans la fabrication additive aujourd'hui

Quand on pense généralement à la commande de mouvement dans la technologie additive, on visualise la vitesse à laquelle une buse d'extrusion peut se déplacer sur un plateau d'impression. Bien que ce soit certainement une partie importante de l'équation industrielle, il y a plus à considérer. Par exemple, faire passer avec succès une grande variété de matériaux aux propriétés physiques diverses à travers la même buse d'extrusion est simplement une autre forme de commande de mouvement – et une forme exceptionnellement critique pour la productivité industrielle à long terme.

À mesure que l'utilisation de la fabrication additive croît, le besoin d'ensembles d'outils et de normes industrielles pour surmonter les problèmes d'usinage pour la production de série augmente. Par exemple, la demande de vitesse machine accrue tout en maintenant la qualité des pièces a stimulé le développement et l'amélioration d'imprimantes de grade industriel.

Au début de la FA, de petits cadres de bureau étaient commandés par des commandes de niveau amateur, pilotant des moteurs pas-à-pas peu coûteux. Cette approche manquait de puissance et de fiabilité – deux éléments grandement nécessaires pour la production de composants de série.

Aujourd'hui, la fabrication additive utilise des contrôleurs de machine haute performance, des systèmes servo avancés et la technologie robotique pour améliorer la qualité des produits et augmenter la production de pièces. Plus spécifiquement, les imprimantes 3D utilisant une commande servo avec retour de haute résolution sur tous les axes (y compris l'extrudeur) au lieu de moteurs pas-à-pas permettent un contrôle de position, vitesse et couple à haute vitesse sur tous les axes, offrant un flux constant plus rapide avec détection de bourrage.

Des avantages considérables

Des composants de turbines aux chaussures de sport, en passant par les couronnes dentaires et les nouvelles maisons, les entreprises se tournent vers des systèmes de commande de mouvement de niveau industriel pour la fabrication additive afin de bénéficier de nombreux avantages :

• Capacités de fabrication de pièces flexibles et diversifiées
• Amélioration du temps de production opérationnel
• Augmentation de l'efficacité de production (réduction des matières premières utilisées globalement)
• Réduction des coûts de fabrication

De plus, les fabricants qui combinent les technologies de commande de mouvement avec l'automatisation robotique industrielle peuvent bénéficier de la flexibilité nécessaire pour créer des usines capables de produire des produits uniques répondant à des demandes complexes.

Technologie innovante

La coordination de plusieurs pièces mobiles et d'équipements périphériques pendant le processus de fabrication additive est essentielle à une production efficace. C'est une des raisons pour lesquelles les experts et ingénieurs de Yaskawa America Inc., division Drives & Motion, ont conçu des technologies innovantes de contrôle de machine et de système servo :

• Le contrôleur de mouvement MP3300iec et la famille de moteurs servo Sigma-7 libèrent la performance haute vitesse et la précision nécessaires pour piloter la production additive de série, tout en exécutant des programmes G-code et des profils de mouvement cinématiques fluides.
• La productivité est essentielle, mais la flexibilité doit avoir une importance égale. Ce besoin est à l'origine de Singular Control, la capacité intégrée au contrôleur MP3300iec de Yaskawa pour gérer tout type de machine, des robots à six axes aux portiques robotiques et axes servo simples, depuis le même dispositif, avec la même programmation. Singular Control permet aux utilisateurs de programmer plusieurs types de machines et disciplines de mouvement dans l'espace de la fabrication additive, sans avoir besoin d'embaucher un spécialiste en programmation robotique.
• La prochaine révolution vient du servo, qui est le cœur de la plupart des systèmes de fabrication additive. Les moteurs Sigma-7 et les amplificateurs SERVOPACK s'associent aisément aux contrôleurs de machine Yaskawa pour créer des systèmes d'automatisation de mouvement, apportant des améliorations visibles en vitesse, précision et fiabilité. Par exemple, les imprimantes 3D industrielles intelligentes d'une entreprise offrent une impression 3D à 350 millimètres par seconde, avec un temps de transfert d'un mètre par seconde. Cela crée une différence clairement visible, tant dans le mouvement de l'imprimante que dans le résultat financier de son propriétaire.

Innovation continue

Le Rapport Wohler's 2017 estime qu'il existe actuellement un marché de 7 milliards de dollars pour les équipements et matériaux, et cette demande devrait croître à un taux de croissance annuel de 17 % dans les années à venir. Pour que cette prédiction se réalise, il y a des domaines clés à améliorer pour la production de série de biens et produits dans diverses industries.

La recherche continue sur la combinaison du contrôle de mouvement MP3300iec avec la technologie des moteurs linéaires cherchera à répondre au besoin de vitesse et de précision accrues pour l'impression 3D. Et davantage de découvertes sur l'utilisation du Singular Control MP3300iec pour l'impression 3D robotique aideront à affiner les processus secondaires utilisant des bras robotiques pour des applications telles que la finition de surface, la manutention, l'insertion et l'inspection.

Les technologies et processus de fabrication additive offrent une manière complètement différente de concevoir et fabriquer des produits. Avec plus de recherche et développement, ce mode de production est promis à devenir la forme de fabrication la plus précieuse à ce jour, révolutionnant les industries de façons autrefois inimaginables.

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