Combiner l'impression 3D et la robotique pour créer des usines intelligentes

L'impression 3D combinée à des robots industriels pourrait être une approche novatrice mais prometteuse de la fabrication.

Deux moteurs principaux poussent son développement :la nécessité de créer de manière additive des objets volumineux de manière plus précise et répétée, et également la possibilité de réaliser une production plus automatisée et intégrée avec l'impression 3D. À mesure que les technologies de fabrication évoluent, cette combinaison pourrait être l'une des solutions à l'évolution croissante vers une plus grande numérisation et une fabrication intelligente.

Combiner robotique et impression 3D ?

La combinaison des robots industriels et de l'impression 3D peut être réalisée de deux manières. La première consiste à équiper un bras robotisé d'une tête de dépôt de matière.

C'est exactement ce que Stratasys a fait avec son démonstrateur 3D composite robotique, dévoilé à l'IMTS en 2016. La tête d'extrusion basée sur la technologie FDM de Stratasys a été combinée avec le matériel de contrôle de mouvement industriel à 8 axes, permettant la production de pièces plus grandes, plus légères et précises à partir de filaments thermoplastiques.

Une autre façon de rapprocher l'impression 3D et la robotique consiste à créer une solution intégrée dans laquelle des robots industriels assistent l'impression 3D à différentes étapes de la production. Un bon exemple est le service d'impression 3D basé aux États-Unis, Voodoo Manufacturing, qui a créé un robot industriel pour automatiser le processus manuel de remplacement de la plaque de construction d'une imprimante, augmentant ainsi la productivité de l'usine.

Le post-traitement des pièces imprimées en 3D peut également être automatisé à l'aide de la robotique. Methods 3D, une société d'impression 3D américaine, a démontré le lavage, le durcissement et la finition finale automatisés de pièces fabriquées de manière additive, grâce aux bras robotiques Fanuc, à l'IMTS 2016.

Les avantages de la robotique

Les robots industriels sont des machines automatisées capables d'une grande répétabilité et d'une grande liberté de mouvement sur plusieurs axes. L'impression 3D est réputée pour sa capacité à créer des pièces avec des géométries complexes de manière rapide et économique. Lorsqu'elle est combinée, la fabrication additive robotique peut potentiellement créer des objets à grande échelle.

Avec un bras robotique multi-axes, une imprimante 3D robotique peut se déplacer dans différentes directions et imprimer en 3D sous différents angles, élargissant encore la liberté de créer des formes complexes. De plus, ce type de technologie n'utilise généralement aucune structure de support. Bien que cela signifie que les objets fabriqués avec l'impression 3D robotique doivent être autoportants, ce défi peut être résolu en réorientant la plate-forme du bâtiment, rendant les surplombs possibles.

La combinaison de la robotique et de l'impression 3D est également bénéfique en termes de meilleure gestion du matériel. L'impression 3D réduit le gaspillage de matériau, car le matériau n'est déposé que là où cela est nécessaire. L'impression 3D robotisée présente donc une approche durable de la fabrication.

Si le marché de la fabrication additive robotique n'en est qu'à ses balbutiements, il propose pourtant des solutions, utilisant divers matériaux et technologies, pour un certain nombre d'industries.

Par exemple, l'industrie de la fonte des métaux peut bénéficier du système de fabrication additive robotique (RAM), développé par Viridis3D. Actuellement, Viridis3D propose quatre systèmes RAM, développés en partenariat avec EnvisionTEC. Contrairement à l'imprimante 3D robotique FDM de Stratasys, le système RAM utilise la technologie de jet de liant et fonctionne principalement avec du sable. Il utilise un bras robotique industriel ABB avec une tête à jet d'encre, qui dépose des couches de sable et de liant liquide sur une plate-forme d'impression. Le sable est progressivement fusionné, créant un grand objet solide.

L'un des utilisateurs du système RAM, Hazleton Casting Company, pense que l'impression 3D robotisée de sable change la donne pour l'industrie de la fonderie de métaux, en partie parce qu'elle fournit une plate-forme évolutive pour la production sur mesure, noyaux et moules de sable géométriquement complexes plus rapidement et à la demande.

Impression 3D et robotique :cas d'utilisation

Le secteur de la construction pourrait être l'un des principaux bénéficiaires de l'impression 3D robotique. Certaines entreprises de construction se sont tournées vers les bras robotiques industriels pour imprimer en 3D avec une gamme de matériaux.

La start-up française XtreeE, par exemple, a équipé un bras robotique ABB d'une extrudeuse à béton pour créer des géométries complexes structures aussi hautes que 14 m. Cette imprimante 3D permet aux designers et architectes d'expérimenter différentes formes grâce à la liberté de mouvement du bras robotique industriel. En partenariat avec des entreprises de génie civil et d'architecture, XtreeE a développé un impressionnant portefeuille de projets. Explorant les concepts de conception et de construction durables, les projets de XtreeE incluent des panneaux de façade imprimés en 3D, des colonnes, des bancs et même des pavillons.

La fabrication additive robotisée avec du métal est également possible. MX3D Metal est un excellent exemple d'imprimante 3D hybride, développée par la société néerlandaise MX3D. L'imprimante 3D combine un robot industriel et une machine à souder pour créer de grandes constructions métalliques tridimensionnelles. En utilisant une gamme de métaux sous forme de fil, la machine fond et fusionne une petite quantité de matériau à la fois, produisant une structure de forme libre sans utiliser de supports. L'entreprise a fait la une des journaux avec le pont en acier de 12 mètres de long imprimé en 3D l'année dernière, qui doit être finalisé et installé d'ici la fin de 2018.

Ai Build, basée à Londres, est une autre entreprise qui fait progresser les applications d'impression 3D robotique dans la construction. Depuis sa fondation en 2015, Ai Build développe l'intelligence artificielle et la vision par ordinateur à utiliser avec l'impression 3D à grande échelle. Cela a abouti à AiMaker - une tête d'outil d'impression 3D robotique alimentée par l'IA, qui peut être attachée à n'importe quel bras robotique, permettant la fabrication additive de pièces architecturales à grande échelle à partir de plastique. Les algorithmes d'IA en combinaison avec des capteurs et des caméras permettent à AiMaker de surveiller le processus d'impression et de détecter tout problème survenant.

Regard vers l'avenir

Les robots industriels intelligents et les machines additives combinés à l'intelligence artificielle pourraient avoir un éventail d'applications beaucoup plus large, y compris la réparation intelligente et automatisée. L'Université de technologie de Swinburne, en partenariat avec l'Innovative Manufacturing Cooperative Research Center (IMCRC) et Tradiebot Industries, travaille sur un projet appelé Repair Bot. Le projet vise le développement d'un service de réparation automatisé de pièces automobiles en plastique. La numérisation 3D et l'impression 3D seront utilisées pour créer une pièce de rechange, tandis que des robots industriels automatiseront le processus d'assemblage.

En fin de compte, la combinaison de la fabrication additive et de la robotique est bénéfique non seulement parce qu'elle permet mettre à l'échelle des objets imprimés en 3D. Dans l'ensemble, les robots industriels aident à intégrer la technologie avec les systèmes de production automatisés conventionnels. L'automatisation de la fabrication additive et son intégration dans le paysage industriel ouvriront à terme de nombreuses opportunités pour la fabrication intelligente du futur.