Accélérer la qualité : Solutions CAD/CAM haut de gamme pour pièces supérieures

La question éternelle en fabrication avec les logiciels CFAO : comment aider les fabricants à produire plus vite, moins cher et mieux — tout le temps. Les dernières versions continuent d'innover : capacités de conception générative, automatisation accrue des processus d'atelier, outils pour la fabrication additive émergente.

La simulation devient critique : machines multi-axes complexes nécessitant le calcul précis des éléments machine-outil pour éviter les collisions catastrophiques, rendant la visualisation intégrée très望ましい.

L'approche générative

La conception générative accélère et affine le processus de design : pièces plus efficaces, plus faciles à fabriquer.

« Sous pression pour livrer mieux, plus vite, moins cher, connecter et automatiser conception et fabrication pour réduire itérations, erreurs et délais devient critique », note Sanjay Thakore, stratège marché Fusion 360 chez Autodesk (San Rafael, Californie).

« La convergence industrielle et les nouvelles technologies de fabrication créent des opportunités d'automatisation inédites. Les défis complexes de conception/ingénierie se résolvent à une fraction du coût [des processus traditionnels] grâce à la conception générative d'Autodesk Fusion 360. »

La conception générative est un outil d'exploration générant simultanément plusieurs solutions CAO prêtes à l'emploi, basées sur contraintes réelles de fabrication, exigences de performance produit et coûts. « Les ingénieurs explorent l'espace de design via multiples matériaux et méthodes de fabrication, et choisissent l'option optimisant performance et coûts. »

Certaines entreprises commencent à utiliser des approches génératives, note Paul Brown (Siemens Digital Industries Software, Plano, Texas). « Cela ouvre l'exploration de formes et matériaux alternatifs. Le défi : l'intégrer au processus traditionnel. Avec le Modélisation Convergente, on peut utiliser les designs génératifs issus de simulation/optimisation comme géométrie de modélisation de base — en les combinant modélisation et fabrication traditionnelles. »

La fabrication additive renforce cela en permettant formes et approches impossibles en usinage traditionnel (structures alvéolaires), réduisant drastiquement le poids tout en conservant rigidité et propriétés mécaniques.

« Avoir des capacités de programmation CNC intégrées est critique pour produire des pièces finies, ce qui permet l'industrialisation de la fabrication additive », dit Brown. « L'usage de ces technologies intégrées s'étend progressivement du prototype à la production de masse — c'est là que Siemens se concentre. » On vise l'industrialisation de l'AM, de la taille de lot 1 à 1 000.

Les techniques génératives produisent des formes très organiques, note Alan Levine (Open Mind Technologies USA, Needham, Mass., développeur d'hyperMILL). « Ces formes peuvent être fabriquées par fraisage traditionnel ou additif. En additif, le fraisage est souvent utilisé en second processus pour obtenir la finition de surface souhaitée. »

Une finition supérieure nécessite réglages précis en CFAO, porte-outils de qualité et machines-outils précises. « La plupart des systèmes CFAO utilisent un maillage approximé sur la topologie de surface du modèle. L'avantage : processus de calcul uniforme indépendamment de la définition des entités surfaciques par le système CAO ou traducteurs. » Open Mind a récemment ajouté un modèle haute précision pour usiner directement les surfaces de la pièce, améliorant la qualité de surface.

Croissance rapide de l'additif

Nouvelles techniques pour applications additives en croissance rapide, notamment en CFAO pour dépôt d'énergie dirigée (poudre ou fil), ajoute Levine. « Certains fournisseurs CFAO ont adressé ce potentiel avec nouvelle stratégie additive ou techniques modifiées issues des systèmes à lit de poudre. Avec ces derniers, les stratégies de parcours sont limitées. Open Mind a développé un processus de programmation additive permettant d'adapter presque tous les parcours de fraisage à l'additif, avec la technologie supplémentaire requise. Liberté de créer un processus de programmation : stratégies 2D/3D, contrôle 5 axes si besoin. »

Fabrication additive et hybride (additif + soustractif sur même machine) gagnent en popularité. Pourquoi ? La plupart des procédés additifs métal ne laissent pas de finition de surface adéquate. Les solutions hybrides permettent une finition fraisée sur la même machine et le même montage que la partie additive.

« Ces machines intéressent les utilisateurs finaux. Open Mind est actif dans les procédés additifs par dépôt d'énergie dirigée : démos avec partenaires machines, activités universitaires/recherche, et premiers adopteurs industriels pour usinage hybride additif/soustractif de métaux. »

« La tendance additive nous mène vers des systèmes CFAO hybrides », dit Chuck Mathews (DP Technology Corp., Camarillo, Californie, développeur d'ESPRIT CAM). « Exemple : ESPRIT Additive pour Dépôt d'Énergie Dirigée, disponible dans le système ESPRIT CAM full-spectrum, offrant programmation, optimisation et simulation pour processus additifs et soustractifs en une solution intégrée. »

L'Additive App d'ESPRIT programme machines multi-tâches, multi-fonctions, multi-canaux, tour-fraisage, additif et soustractif. Processus additifs et soustractifs programmés, optimisés et simulés ensemble dans une interface unique.

Les techniques additives s'infiltrent dans presque tous les produits CFAO, la fabrication additive offrant une liberté de conception absente des méthodes soustractives traditionnelles.

« Ces techniques ouvrent des façons innovantes de créer des pièces impossibles auparavant. En combinant les surfaces haute précision du soustractif avec l'additif, on obtient le meilleur des deux. » — Ben Mund, analyste marché senior, CNC Software Inc. (Mastercam, Tolland, Connecticut).

Le logiciel CFAO doit permettre de contrôler le processus additif autant que le soustractif, avec outils similaires. Mund cite : matériau de support, définition de matériau gradué, techniques comme imbrication 3D et orientation optimisée de la pièce, pour contrôler tous les aspects du processus de fabrication.

« La fabrication additive fait partie de l'ADN de 3D Systems, et on voit beaucoup d'additif et soustractif côte à côte ou intégrés dans l'industrie », note Daniel Remenak, chef produit GibbsCAM, chez 3D Systems Inc. (Rock Hill, Caroline du Sud). « Comme ces workflows se répandent, ça influence les attentes clients pour les logiciels de programmation, qui doivent aider à connecter efficacement ces technologies. Notre produit 3DXpert est dédié aux workflows principalement additifs, tirant parti de l'expérience CAO groupe pour support et génération de treillis, et de l'expertise usinage soustractif pour moteur de tranchage avancé et usinage post-impression. »

L'équipe GibbsCAM travaille depuis quelques années avec fabricants de machines CNC et chercheurs sur techniques dédiées pour programmer machines hybrides soustractives et additifs par dépôt.

Stratégies pour production rapide

Le « pain quotidien » de l'usinage réside dans l'automatisation des fonctionnalités fréquentes pour opérateurs d'atelier nécessitant résultats rapides, précis, qualité constante, gros volumes, respect des délais. Clés : simulations intégrées au CAO (évitent collisions coûteuses), et outils « CAO pour CFAO » donnant les options pratiques pour produire vite.

« Le focus principal de chacune de nos fonctions CAO et améliorations repose sur l'idée de "CAO pour CFAO" : rendre la pièce prête pour la fabrication. C'est notre objectif n°1. » — Ben Mund (CNC Software).

Qu'un utilisateur crée une pièce complexe from scratch dans Mastercam, ou doive analyser/réparer une pièce issue d'un autre système CAO, la suite d'outils filaire, surfacique, solide est dispo pour tout rendre "machine-ready" sans délai.

Facteurs influençant la conception CFAO : innovation, réduction coûts, accélération time-to-market, efficacité. « On écoute constamment les besoins clients sur leurs pièces et problèmes pour développer de nouveaux outils rendant plus de choses possibles dans la suite CAO Mastercam. Plus vite on crée/modifie une pièce pour la fabrication, plus vite elle est programmée et sur machine. »

Time-to-market clé : « Beaucoup d'ajustements se font dans Mastercam avec nos outils CAO, économisant temps et coût de renvoi au système CAO d'origine. On permet aux programmeurs CFAO de faire des changements supportant l'usinage : conception de fixation, géométrie temporaire en-cours, réparation du fichier CAO original. »

« Efficacité = utiliser tous nos outils vers l'objectif unique : pièce prête pour la machine — filaire, surfaces, solides travaillant ensemble. » Enfin, connectivité : lecture pièces depuis tout modeleur CAO supportant formats standards (IGES, STEP) et propriétaires courants (SAT, DXF, DWG, X_T...). Le modèle CAO dans un fichier pièce Mastercam est associé à l'info CFAO : changez le modèle, les parcours d'outils le savent et s'actualisent sans repartir de zéro. »

Autres fourguent approches similaires de CAO pour utilisateurs CFAO traditionnels. « Open Mind a conçu hyperCAD-S (dans hyperMILL) comme module CAO-pour-CFAO. Les CAO populaires n'offrent pas toujours la meilleure UX pour utilisateurs CFAO. Focus hyperCAD-S : simplifier les fonctions pour piloter un système CFAO. Exemples : sélections de bord, extensions de faces, filtres co-planaires/co-axiaux, fonctions pour soigner et réajuster surfaces. »

Open Mind va plus loin : séquences pré-définies d'utilitaires CAO pour l'utilisateur CFAO et dans les stratégies CFAO, sans sélections sous-jacentes.

« Exemple industrie moule/matrice : arêtes vives critiques pour géométrie noyau/cavité pour éviter bavures au moulage. Pour obtenir arête nette et éviter le rouleau de fraise sur l'arête, il faut étendre ces surfaces et guider la fraise correctement entrée/sortie pièce. »

Le module hyperMILL Z-level shape finishing inclut extension tangentielle automatique pour fluidifier ce processus. Résultat : surfaces et arêtes usinées sans sélections fastidieuses ni étapes supplémentaires en programmation CFAO.

Pour usinage multi-axes complexe, simulations obligatoires. Simulations intégrées CAO populaires vs simulations tierces coûteuses. « Forte tendance vers machines multi-tâches complexes et dépendance accrue à la simulation machine », dit Remenak (GibbsCAM). « Ateliers cherchent logiciels offrant meilleure efficacité programmation, productivité machine max, meilleurs outils validation avec post-processeurs fiables prouvés. »

Post-traitement : éviter les détours

« Ce qui rend un système CFAO "bon" à notre avis : qualité de son post-processeur et support technique du fournisseur. Questions programmation répondues vite/précisément + code généré propre = programmation simplifiée, utilisation machine en hausse, temps montage et cycle en baisse. » — Chuck Mathews (DP Technology).

DP Technology vise le meilleur post-traitement et support. « Stratégie ESPRIT : travailler étroitement avec constructeurs machines et construire un Jumeau Numérique de chaque CNC incluant post-processeurs développés en usine pour sortir du G-code optimisé machine, sans retouche. » Formation directe usine et support technique clients nord-américains via équipe dédiée d'ingénieurs applicatifs ESPRIT.

Guichet unique

Packages complets attirent utilisateurs cherchant guichet unique CFAO : CFAO + inspection/métrologie, ou + PLM/ERP/MES.

« Tendance récente clients/prospects : besoin de solutions de fabrication complètes, pas seulement CFAO », dit Nick Spurrett, directeur régional Amériques, Production Software, Hexagon Manufacturing Intelligence (North Kingstown, Rhode Island). « Demandes vont de solution MES à solutions allant jusqu'à vérification machine-outil complète. Avec NCSIMUL et WORKPLAN, Hexagon Production Software aligne son business sur ces tendances. »

Hexagon Manufacturing Intelligence a récemment démontré ses solutions de production numérique composant le portefeuille Production Software : plusieurs titres CFAO de Vero Software (acquis par Hexagon il y a quelques années), plus NCSIMUL (simulation/vérification haut de gamme), plus solutions d'inspection traditionnelles d'Hexagon.

« On continue de développer tous nos produits fabrication : création parcours plus rapides, stratégies Waveform dans toute la gamme. Livraison aussi de la technologie Advanced Toolform avec introduction de l'usinage 5 axes pour toute forme d'outil : barils, ovales, paraboliques, formes quelconques calculées sur surfaces de pièce, y compris décalages négatifs (surépaisseurs). »

« La conception pour la fabrication (DFM) est une des solutions clés lancées ces 12 derniers mois. On fournit une solution CAO pour CFAO, ou CAO pour ateliers, pour entreprises voulant exploiter les données CAO reçues — ou travailler dans un environnement CAO qu'un atelier ou programmeur CNC peut utiliser car il fournit les fonctionnalités spécifiques à la fabrication. Le modelage direct permet de modifier la géométrie directement en poussant/tirant des morceaux du modèle. »