Accélérer la fabrication de moules : optimiser conception et production avec CAO/FAO et CFAO avancées

Avec les derniers logiciels CAO/FAO et CFAO, les moulistes peuvent grandement accélérer la conception et compresser le cycle de fabrication pour des moules et matrices de haute qualité

Les moulistes sont sous pression constante pour accélérer le processus de fabrication de moules, améliorer leurs processus et la qualité produit tout en boostant la productivité. Pour atteindre leurs objectifs, les moulistes emploient les derniers logiciels de fabrication de moules, tirant parti de nouvelles techniques en CAO/FAO et CFAO, avec des simulations largement améliorées pour le refroidissement conforme et autres fonctionnalités clés dans la fabrication de moules et matrices.

Les applications utilisées dans les processus moules/matrices vont des logiciels CAO/FAO de la plupart des grands développeurs ainsi que des logiciels CFAO sophistiqués offrant des simulations et analyses détaillées de l'ajustement-et-finition d'un produit, performance thermique et facteurs différenciants clés. Parmi ces packages de fabrication de moules se trouvent des packages intégrés qui permettent de tourner dans le logiciel CAO/FAO principal du concepteur, permettant des transitions faciles de la conception à la simulation et analyse du potentiel d'une pièce.

Le rendre rapide et précis

Les exigences logicielles primaires des moulistes sont restées constantes ces dernières années, se focalisant principalement sur une productivité plus élevée, note Ben Mund, analyste marché senior, CNC Software Inc. (Tolland, Connecticut), développeur du logiciel Mastercam CAO/FAO. Ce besoin s'étend à travers tout le processus, pilotant les tendances qu'on voit dans le développement de logiciels CAO/FAO — plus vite sur la machine, plus vite hors machine, et qualité aussi haute que possible.

Une autre tendance croissante est la connectivité dans la fabrication — s'assurer que logiciels, machines et processus d'atelier parlent entre eux, dit Mund. Avec la FAO, vous verrez ça avec les connexions aux bibliothèques d'outillage, inspection, surveillance d'atelier, et autres éléments. Tout fait partie de s'assurer que les ateliers sont prêts pour le passage à la fabrication numérique.

Clé de la quête de productivité est un système CAO/FAO efficace, dit Mund, qui offre aux utilisateurs une pléthore d'outils pour faire le travail vite et facilement. Ça commence avec la CAO ; les ateliers ont un besoin croissant d'outils CAO spécialisés qui les aident à transformer un concept ou modèle de pièce en moule de production, affirme Mund. Cela signifie des outils de conception pour préparation de modèle, réparation de modèle solide, bouchage de trous, création de bridage, et besoins hautement ciblés comme électrodes, séparation modèle noyau/cavité, et création de ligne de partage — toutes choses qui devraient arriver avant qu'un outil ne touche le métal.

Une fois le brut sur la machine, les ateliers continuent une poussée agressive pour des temps de cycle plus rapides, ajoute-t-il. Un des plus grands domaines que les moulistes regardent est la façon la plus efficace d'enlever la matière en vrac jusqu'à forme quasi-nette. Les avancées dans les trajectoires de dégrossissage « intelligentes » continuent de réduire dramatiquement le temps d'usinage. Bien sûr, la précision et la qualité du moule final sont ce qui importe le plus, et ici les ateliers regardent de plus près non seulement le nouveau mouvement de trajectoire, mais les nouveaux outils, qui tous doivent être supportés par leur logiciel de programmation.

Des fonctionnalités comme les outils de préparation « CAO pour FAO » de CNC Software continuent d'être un focus, dit Mund, et l'entreprise aura de nouveaux outils dans sa prochaine version Mastercam pour aider les moulistes à réparer rapidement et proprement les modèles, boucher les trous, et corriger les erreurs dans les modèles CAO qu'on leur donne. Ces problèmes peuvent causer de longs retards et les minimiser aide à assurer que le moule peut monter sur la machine le plus vite possible.

En plus du moteur Dynamic Motion de Mastercam, le logiciel a aussi une nouvelle technique de programmation NC appelée Accelerated Finishing, ajoute Mund. Ça laisse les ateliers utiliser les nouveaux outils formés comme ils sont prévus. On travaille de près avec les fabricants d'outils pour développer des stratégies de coupe visées sur les fraises à forme ovale, fraises baril, fraises coniques, fraises lentille, etc., dit-il. Quand programmées correctement, ces fraises peuvent permettre à un outil de petit diamètre d'avoir un grand rayon de coupe effectif, ce qui peut réduire le temps de cycle, augmenter la finition de surface, ou les deux.

Trouver des solutions plus faciles, plus intelligentes

La facilité d'utilisation du logiciel arrive en tête chez les concepteurs et fabricants de moules, dit Anthony Yang, président et co-fondateur de CoreTech System Co. Ltd. (Farmington Hills, Michigan, et Hsinchu, Taïwan), développeur de la suite CAO Moldex3D d'applications de simulation pour fabrication de moules.

Des fonctionnalités comme le refroidissement conforme rendent le processus de moulage par injection plastique plus facile et plus efficace, mais les utilisateurs recherchent un logiciel bien plus facile à utiliser, note Yang. La tendance actuelle est vers les simulations en amont avec DFM [Design for Manufacturability], ajoute-t-il, et une autre tendance principale est de rendre le logiciel plus intelligent.

Les logiciels d'aujourd'hui permettent aux utilisateurs de configurer plus facilement les conditions aux limites et créer un maillage, dit-il. Vous simulez comment le moule réagit et vous devez spécifier d'où vient la chaleur. Ce n'est pas facile à concevoir. Plus le logiciel est facile à utiliser, mieux c'est pour les moulistes, qui cherchent de meilleures interfaces utilisateur permettant des processus de conception de moules plus rapides et plus efficaces.

Le logiciel Moldex3D de CoreTech est principalement utilisé dans les départements d'ingénierie mais aussi par les concepteurs de pièces. Le logiciel Moldex3D est intégré avec des logiciels comme NX Mold de Siemens PLM et l'entreprise travaille aussi avec les offres de grands développeurs comme Solidworks de Dassault Systèmes et le logiciel CAO/FAO Creo de PTC.

Chez Faurecia Interior Systems India Pvt. Ltd. (Pune, Inde), la conception de sièges et intérieurs automobiles a utilisé les simulations Moldex3D pour réduire le gauchissement de pièces intérieures moulées par injection plastique pour améliorer la précision dimensionnelle. L'entreprise a utilisé le logiciel sur une console centrale de tableau de bord avec des résultats incluant : éviter les lignes de soudure dans zones visibles ; réduire la déflexion de pièce pour maintenir l'écart et l'affleurement bien maintenus dans la tolérance pour l'assemblage de pièce ; une réduction de 68 % du coût de mise au point d'outillage ; et abaisser un taux de rebut traditionnellement élevé à un nombre négligeable. Cela a été rendu possible en partie par les simulations de prédiction de gauchissement de Moldex3D.

La complexité pilote les processus

Alors que l'outillage pour produits complexes a augmenté, les ateliers moules/matrices, avec d'autres fabricants, se tournent vers des processus de fabrication avancés. L'automatisation et l'intégration sont des facilitateurs pour nos clients pour faire des améliorations d'outillage, avec optimisation du flux de travail de conception d'outils et outils de validation pour rendre les produits plus précis, note Himanshu Iyer, responsable marketing produit NX, Siemens PLM Software (Plano, Texas). Paramount pour les fabricants, dit-il, est s'assurer que les erreurs, s'il y en a, sont capturées le plus tôt possible dans le cycle de conception. On sait tous comme c'est cher de gérer celles-ci plus tard dans le processus, et il faut rendre le processus plus efficace.

La mauvaise communication entre donneurs d'ordre et fournisseurs cause souvent des douleurs plus loin dans le développement produit. Un des problèmes est d'impliquer les clients tôt dans la phase de conception, note Daks Azhagappan, chef de produit pour NX Mold Wizard. Il faut regarder tous les problèmes de fabricabilité. Ça leur coûte temps et argent à moins qu'ils travaillent de très près. Beaucoup de nos clients, la plupart des ateliers d'outillage, demandent : comment travailler avec les donneurs d'ordre tôt ?

En utilisant les outils CFAO dans NX, propulsés par le moteur Moldex3D, les utilisateurs peuvent améliorer les maillages pour obtenir de meilleurs designs globaux. Une chose dans le passé était de passer par des essais, dit Azhagappan. Un problème qu'ils rencontrent est le gauchissement. Une chose est de revenir dans la conception et changer le refroidissement. Puis ils peuvent dire « comment puis-je compenser le gauchissement ? » Le transformateur de maillage ajouté à NX 10 permet aux utilisateurs d'optimiser les maillages et d'apporter cette information dans leur environnement CAO.

Les derniers outils permettent aux utilisateurs de faire des transformations de maillage en deux étapes, à l'étape de conception et dans le logiciel CFAO, note-t-il. Avec l'analyse d'écoulement de moule Moldex3D, on a beaucoup de [ces] capacités intégrées dans NX, ajoute Azhagappan.

Des techniques d'usinage plus rapides dans NX CAM jouent aussi un rôle énorme pour booster la productivité de fabrication de moules et atteindre des temps d'usinage plus rapides avec la technologie haute vitesse, note Sashko Kurciski, responsable marketing produit Siemens, solutions manufacturières et NX CAM. On réduit les temps d'usinage de 60 % dans certains cas, dit-il. Ça peut [aussi] prolonger la vie d'outil de quatre fois.

Avec le dernier NX 12 CAM, Siemens a ajouté une stratégie de dégrossissage haute vitesse développée en interne qui utilise la technologie de composant. C'est une nouvelle technologie pour nous qui est similaire à Volumill mais dans certains cas meilleure, dit Kurciski. Ce n'est pas un add-on.

La technologie additive est un autre facteur important. Elle aura plusieurs impacts sur l'industrie de l'outillage, à notre avis. Un de ces domaines est le refroidissement conforme, dit Iyer. Avec les techniques additives, on voit les clients déjà penser aux choses différemment.

Avec les machines hybrides soustractives/additives sur le marché, l'avantage est de pouvoir automatiser les processus des deux côtés de la machine et entre ces côtés, dit Kurciski. Un atelier peut construire un moule avec le côté additif avec canaux de refroidissement internes, et ensuite vous pouvez utiliser la même machine pour atteindre les surfaces de haute qualité dont ils ont besoin pour les moules.

Accélérer l'usinage, ajouter la FA

Usiner plus vite est clé pour les moulistes, et les développeurs CAO/FAO offrent de multiples façons d'y arriver. Ce n'est pas une grande révélation que les moulistes sont sous autant de pression aujourd'hui qu'ils ne l'ont jamais été, note Clinton Perry, responsable marketing produit pour PowerMill chez Autodesk Inc. (San Rafael, Californie). Ils font face au défi quotidien de rencontrer les attentes clients : réduire les délais de livraison, maintenir ou améliorer la qualité des pièces et minimiser les coûts, tout pour offrir un [haut] niveau de service client. En même temps, les moulistes doivent garder un œil sur les types de tech émergents qui pourraient leur donner un avantage concurrentiel.

Pour répondre à ces demandes, les moulistes ont besoin de logiciels qui convertissent rapidement les designs clients en outillage de haute qualité. La vitesse est indéniablement le défi numéro un ici. Les logiciels CAO/FAO/CFAO doivent rationaliser tout le flux de travail conception, simulation et fabrication pour raccourcir le temps de mise sur marché global, dit Perry. Les améliorations en capacité hardware ont certainement aidé — comme processeurs 64-bit, multicœurs et cloud computing — mais il y a quelque chose de plus fondamental. Autodesk et autres entreprises logicielles continuent de développer des outils de modélisation qui aident à importer les modèles clients et les convertir rapidement en outillage utilisable. Ce processus nécessite souvent un degré de travail de réparation de modèle pour corriger les fautes dans les données importées.

Les produits de modélisation CAO, comme Autodesk PowerShape, offrent des outils pour prévenir que les réparations ne causent des retards, ajoute-t-il. Le logiciel de modélisation le plus capable peut analyser les fichiers CAO importés pour identifier et (automatiquement) corriger les problèmes qui pourraient compliquer la fabrication en aval, dit Perry, et les outils de modélisation surfacique, solide et directe permettent aux moulistes de convertir rapidement les designs clients en outillage.

Une autre tendance majeure est la simulation basée sur la physique, dit Mark Hennebique, responsable ligne de business simulation chez Autodesk. La simulation permet aux designs d'être « signés-off » avant qu'un bloc d'acier n'ait été usiné.

Le logiciel de simulation comme les outils analytiques d'Autodesk Moldflow peut être utilisé dans le processus de développement pour aider à optimiser la fabricabilité du design de pièce et la performance de l'outillage de moule à un stade précoce de conception, dit Hennebique. La simulation permet d'essayer et tester plusieurs designs, avec un retour rapide pour confirmer l'impact sur le cycle de moulage et la qualité de pièce. Des variables comme la position de point d'injection, l'épaisseur de paroi, le processus de moulage, la conception de circuit de refroidissement, et les propriétés de matériau peuvent toutes être modifiées avec un retour rapide pour bâtir la confiance que le moule livrera les résultats attendus au premier cycle de moulage.

Dans la dernière version Moldflow, les utilisateurs ont maintenant accès à plus de 10 000 matériaux dans la base de données matériaux publique, dit-il. Avec l'accès à plus de matériaux, les utilisateurs pourront voir l'impact du processus de fabrication sur la forme finale de la pièce et la fabricabilité, leur donnant la capacité de choisir la bonne combinaison processus/matériau pour rencontrer les besoins du projet. Les utilisateurs verront aussi d'autres améliorations de performance, allant de la vitesse du solveur à la vitesse opérationnelle, rendant encore plus facile le mouvement vers une solution. De plus, Moldflow sera livré avec Autodesk Fusion 360, fournissant aux utilisateurs un accès à une interopérabilité améliorée et capacité CAO/CFAO pour itérer sur les designs et partager données, parmi d'autres avantages.

L'émergence de l'impression 3D comme outil de fabrication offre aux moulistes l'opportunité de changer comment les moules sont conçus et faits, ajoute Perry. Un super exemple voit l'impression 3D utilisée pour concevoir des moules qui incluent des circuits de refroidissement qui suivent de plus près les formes moulées. Ces circuits de refroidissement conformes permettent de réduire drastiquement les temps de cycle de moulage. Des moulistes comme Fado, dit Perry, utilisent maintenant les logiciels de conception et fabrication Autodesk pour ajouter du refroidissement conforme à un nombre croissant de leurs moules.

Nouveau module Moule

Une autre nouvelle mise à jour de Vero Software est le VISI 2018 R1 qui introduit un nouveau module Mold Tool basé sur la technologie Assembly-Ng de VISI. Ce module redéveloppé offre une plus grande flexibilité pour la construction de configurations d'outils fournisseurs et non standards. Des modèles personnalisables, incluant la gestion de plaques brutes et pré-percées, permettent une création aisée de mise en page d'outil et une édition améliorée à tout stade de conception.

Le nouveau Mold Tool fournit un niveau de flexibilité plus grand pour la création d'outil et l'édition avancée. Cela permet des ajustements à tout stade de la conception d'outil. Tous les composants d'assemblage sont automatiquement mis à jour quand des ajustements de plaques sont faits, incluant les données de fabrication de cavité de composant, dit Marco Cafasso, chef de produit VISI de Vero.

Des améliorations ont été faites dans le module de prédiction de gauchissement d'écoulement plastique pour améliorer la précision des résultats pour les polymères techniques complexes. Ces améliorations ont été obtenues par une révision complète des algorithmes pour la phase de maintien, dit l'entreprise. Des ajustements de calcul de pression et débit, combinés au nouveau solveur de forme, peuvent réduire les temps de calcul pour le processus jusqu'à 40 %.

Vérifier les simulations

Les concepteurs de moules ont des tolérances serrées, donc prévenir les petites erreurs et gouges est important, note Gene Granata, chef de produit Vericut pour CGTech (Irvine, Californie). Les programmes de moule sont typiquement nombreux et gros, donc la vérification hors ligne est clé pour garder les machines en marche. Les utilisateurs peuvent lancer des simulations en processus batch pour s'assurer que [tous] les programmes NC créeront le moule final qu'ils attendent. Aussi, avec plus de méthodes de fabrication disponibles pour créer des moules [usinage, FA, ÉDF enfonçage, etc.], le logiciel de simulation peut fournir une information précieuse pour aider les ateliers à prédire les temps de fabrication et maintenir des taux de production optimaux.

Les calendriers compressés signifient que les moulistes cherchent des façons de travailler plus lean et plus vite, ajoute-t-il. Vericut Force est un module de programme NC basé sur la physique qui micro-analyse les conditions de coupe et optimise les avances de programme pour atteindre des épaisseurs de copeau idéales, mais sans dépasser les limites de force de l'outil ou la puissance de la broche de la machine. L'optimisation Force crée le programme NC le plus efficace possible pour un outil de coupe, matériau brut, et conditions d'usinage donnés. Le résultat est des économies de temps significatives, des pièces de plus haute qualité avec de meilleures finitions de surface, et une vie d'outil de coupe et de machine améliorée, dit-il.

L'intérêt pour la FA parmi les moulistes est vif, note Granata, et le nouveau module Additif Vericut simule à la fois la déposition de matière additive et les capacités d'usinage traditionnelles sur les nouvelles machines CNC hybrides. La FA sur machines hybrides peut rendre la construction de certains moules de précision, et les réparations de moules, plus faciles et plus rapides. Et avec les logiciels de programmation additive devenant plus capables, on voit une nouvelle tendance : le désir de simuler n'importe quel processus de fabrication, dans n'importe quel ordre, pour obtenir la confiance [qu'ils] feront la pièce finale prévue, dit Granata. Les utilisateurs comptent sur notre logiciel pour s'assurer que tous les programmes NC tourneront correctement, et de façon optimale, sur leurs machines CNC. Pour faire le meilleur travail, les utilisateurs [devraient] choisir un logiciel de simulation piloté par le même code NC qui pilotera la machine, assurant ainsi le plus haut niveau de vérification possible.