L'automatisation propulse la production de pièces de fusées vers de nouveaux sommets

L'avènement d'entreprises privées de développement de véhicules spatiaux a transformé l'environnement de fabrication pour les composants de fusées et de satellites. Auparavant, les organisations gouvernementales, notamment la NASA et le Département de la Défense américain, finançaient la majorité de la fabrication liée à l'espace. Aujourd'hui, des entrepreneurs fortunés derrière Blue Origin, SpaceX et Virgin Galactic pilotent la prochaine génération de progrès technologiques spatiaux.

Le secteur spatial privé en croissance constitue une nouvelle industrie avec de nouvelles relations, de nouvelles exigences et de nouvelles opportunités pour les fabricants.

Gray Manufacturing Technologies est l'un des fournisseurs qui en bénéficient. L'atelier basé à Denver, Caroline du Nord, a saisi ces opportunités avec son application d'usinage avancé et, surtout, de technologie d'automatisation pour répondre aux demandes croissantes de l'industrie du vol spatial.

Le mix de produits de Gray est élevé et les volumes individuels des pièces sont faibles. « La grande majorité de notre activité est soit aérospatiale [aéronautique] soit spatiale et composants satellites », a déclaré Gary Holcomb, président et PDG de Compass Precision, la société mère de Gray. « La plupart des travaux sont de 5 à 10 pièces, et la plupart sont différents des travaux précédents. Ce ne sont pas exactement des prototypes mais des pièces compliquées en très petits volumes, et nous expédions plus de 100 travaux par mois. »

Parce que les entreprises de véhicules spatiaux modifient et améliorent constamment leurs technologies, les changements d'ingénierie sont fréquents. « Nous pouvons faire cinq pièces pour un client, puis ils peuvent en commander cinq autres, mais avec des dimensions différentes », a expliqué Holcomb. « Il y a des avis de changement fréquents et beaucoup de mouvements dans et hors des plannings de production. Nous pourrions recevoir six commandes dues dans trois mois, mais une semaine plus tard, ils en ont besoin de deux plus tôt tandis que deux autres sont repoussées hors du planning de production. »

L'automatisation s'est avérée être un élément clé de l'approche de Gray pour les services d'usinage de produits spatiaux et satellites. « Quand nous avons parlé d'automatisation pour la première fois, nous la regardions sous l'angle d'un problème de capacité », a déclaré Evan Grose, responsable des opérations chez Gray Manufacturing. « Nous n'avions pas la place pour continuer à charger la même pièce encore et encore sur la même palette. »

Pour augmenter son temps de fonctionnement de la broche et sa flexibilité de production, l'atelier a acquis deux centres d'usinage cinq axes MILL E 700 U de GF Machining Solutions LLC, Lincolnshire, Illinois, situés dans une cellule qui inclut un robot modulaire System 3R Transformer ainsi qu'une station de chargement à 12 palettes. Le robot se déplace sur un rail pour changer les palettes dans et hors des machines, ainsi que pour charger et décharger les palettes hors ligne à la station de chargement. Ces capacités combinées permettent des opérations lights-out prolongées chez Gray.

L'automatisation de GF Machining Solutions permet à Gray de gérer efficacement sa charge de travail faible volume/haut mix. « La flexibilité de l'équipement est très importante », a dit Holcomb. « Pendant la journée, nous concentrons nos ressources sur la fabrication des travaux de 1, 2 ou 5 pièces pour les clients spatiaux. Ensuite, avant de partir, nous prenons le travail non spatial — essentiellement des travaux aérospatiaux à plus haut volume déjà programmés — et nous le faisons tourner la nuit. Nous utilisons ce que les MILL E 700 offrent en termes de programmabilité pour les lots très petits et compliqués pendant la journée, puis utilisons les capacités d'automatisation pour le travail non spatial à volume un peu plus élevé que nous faisons tourner en lights-out. »

Contrairement aux systèmes multi-palettes typiques qui peuvent limiter la quantité de production sans surveillance à ce qui est chargé sur les palettes avant d'éteindre les lumières, le système robotique Transformer retire les palettes avec le travail terminé de la machine et les remplace par des palettes chargées. Il décharge et recharge ensuite les pièces sur les palettes inactives pendant que l'usinage continue sans interruption. « Nous l'appelons l'automatisation pour l'automatisation », a dit Holcomb.

Pour le fonctionnement sans surveillance, la détection de casse d'outil est définie dans le programme d'usinage. Si un outil casse, la machine s'arrête et change l'outil. Les machines MILL E 700 U ont plus que suffisamment de stockage d'outils pour soutenir les opérations prolongées sans surveillance de Gray, avec compensation d'usure d'outil et substitution d'outils redondants appelés dans le programme si nécessaire.

« Nous avons poursuivi la voie de l'automatisation en raison de la complexité croissante de notre travail et parce qu'il est plus difficile de trouver des employés avec les bonnes compétences techniques », a expliqué Holcomb. « Nous avons choisi le robot Transformer robuste au lieu d'un robot articulé parce que la capacité du centre d'usinage à faire des mouvements complexes rend l'utilisation d'un robot entièrement articulé inutile », a-t-il ajouté.

L'alternative au système d'automatisation robotique serait plus de machines, a dit Holcomb, « et selon le nombre de machines en utilisation, plus de gens aussi, parce qu'on ne peut pas s'attendre à ce qu'un opérateur gère sept ou huit machines. Basé sur nos niveaux de commandes actuels et sans la robotique, nous aurions besoin d'au moins trois machines de plus pour un total de cinq et deux personnes de plus. Et à ce stade de notre activité, il est plus difficile de trouver les gens que d'acquérir les machines. »

Bien que les volumes de pièces soient actuellement faibles, des volumes plus élevés sont anticipés qui permettront à l'atelier d'exploiter pleinement les capacités des machines cinq axes Mikron MILL et du système de palettes robotique. « Des volumes plus élevés dans ce cas ne signifie pas des millions de pièces », a dit Holcomb, « Nous avons besoin de quelques dizaines de pièces par opposition à 5 à 10. »

L'automatisation deviendra plus importante à mesure que l'activité des véhicules spatiaux commerciaux grandit et mûrit. Selon Holcomb, l'atelier connaît une migration vers des volumes plus élevés de pièces déjà programmées. Cela signifie moins de demande de programmation et plus de demande de temps machine étendu que la cellule automatisée de GF Machining Solutions fournit.

Holcomb a ajouté que la vitesse d'usinage, en plus de l'automatisation, est critique pour la production réussie de composants aérospatiaux et de véhicules spatiaux — la plupart nécessitant le traitement de pièces en aluminium complexes à hauts régimes.

En plus des deux machines dans la cellule automatisée, Gray a un Mikron MILL E 500 U et un MILL S 600 qui comportent des carrousels à sept palettes. L'une a une broche à 36 000 tr/min, l'autre à 20 000 tr/min.

Contribuant à la réactivité et à l'efficacité de l'atelier, Gray s'engage dans une approche « single-setup » (configuration unique) de l'usinage, selon Jerry Soots, ancien directeur général et président de Gray Manufacturing et maintenant consultant. Pour atteindre cet objectif de production sur une fraiseuse cinq axes, Soots a expliqué que Gray laisse des languettes stratégiquement placées de 0,005" à 0,010" d'épaisseur sur les pièces brutes et serre la pièce dans un dispositif à queue d'aronde qui permet l'usinage de toutes les caractéristiques de la pièce.

Le dispositif fournit beaucoup de distance entre le bas de la pièce et la machine. Grâce à cela, l'atelier peut atteindre les caractéristiques en dessous et usiner à tous les angles. Une fois la pièce finie, elle est mesurée sur une MMT ; quand elle est conforme, ils usinent les languettes.

L'industrie naissante de la fabrication spatiale privée crée de nouvelles relations entre les entreprises spatiales et leurs fournisseurs. Il y a trente ans, les fournisseurs devaient vanter leurs capacités aux entreprises aérospatiales, qui n'étaient généralement pas activement à la recherche de fournisseurs. À moins qu'un composant ne fasse partie d'un nouveau programme d'avion, les changements de conception de pièces étaient rares.

« Aujourd'hui, les entreprises spatiales commerciales font tout à la volée », a dit Holcomb, « C'est un état d'esprit complètement différent. Elles recherchent agressivement des fournisseurs qualifiés qui peuvent être réactifs à leur flux constant de nouveaux produits et de changements de conception en cours.

« Les dernières certifications ISO et AS 9100D sont les qualifications minimales. Il faut être très techniquement compétent. Il faut être capable de faire ces pièces exigeantes en volume relativement faible, parfois en aluminium, parfois en matériaux plus difficiles. Il faut être assez agile pour accommoder la fluidité qu'elles exigent dans la planification de production. Nos fraiseuses cinq axes et l'automatisation de GF Machining Solutions jouent un rôle clé pour répondre à toutes ces demandes. »

Pour plus d'informations sur Gray Manufacturing Technologies, visitez gray-mfg.com ou appelez le 704-489-2206. Pour plus d'informations sur GF Machining Solutions, visitez www.gfms.com ou appelez le 800-282-1336.