L'automatisation met la production de pièces de fusée en orbite

L'avènement des sociétés privées de développement de véhicules spatiaux a transformé l'environnement de fabrication des composants de fusées et de satellites. Auparavant, des organisations gouvernementales, dont la NASA et le département américain de la Défense, parrainaient la majorité de la fabrication liée à l'espace. Aujourd'hui, les entrepreneurs fortunés derrière Blue Origin, SpaceX et Virgin Galactic sont à la tête de la prochaine génération de progrès technologiques spatiaux.

L'activité spatiale privée en pleine 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 bénéficie. L'atelier basé à Denver, en Caroline du Nord, a profité de ces opportunités avec son application d'usinage avancé et, surtout, de technologie d'automatisation pour répondre aux demandes croissantes de l'industrie des vols spatiaux.

La gamme de produits de Gray est élevée et les volumes de pièces individuelles sont faibles. « La grande majorité de nos activités sont soit des composants aérospatiaux [avions] ou spatiaux et satellites », a déclaré Gary Holcomb, président et chef de la direction de Compass Precision, la société mère de Gray. "La plupart des travaux sont de cinq 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 sociétés de véhicules spatiaux modifient et améliorent constamment leurs technologies, les changements d'ingénierie sont fréquents. "Nous pouvons fabriquer cinq pièces pour un client, puis il peut commander cinq autres pièces, mais avec des dimensions différentes", a expliqué Holcomb. « Il y a des avis de changement fréquents et beaucoup d'entrées et de sorties des calendriers de production. Nous pourrions recevoir six commandes dans trois mois, mais une semaine plus tard, ils ont besoin de deux commandes plus tôt tandis que deux autres sont retirées du calendrier de production."

L'automatisation s'est avérée être un élément clé de l'approche de Gray en matière de services d'usinage de produits spatiaux et satellites. "Lorsque nous avons parlé d'automatisation pour la première fois, nous l'examinions à partir d'un problème de capacité", a déclaré Evan Grose, directeur des opérations de fabrication chez Gray. "Nous n'avions pas la place de continuer à charger la même pièce encore et encore sur la même palette."

Pour augmenter la disponibilité de sa 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, Ill., situés dans une cellule qui comprend un robot modulaire System 3R Transformer ainsi qu'un 12- poste de chargement de palettes. Le robot roule sur un rail pour faire entrer et sortir les palettes des machines, ainsi que pour charger et décharger les palettes hors ligne à la station de chargement. Ces capacités combinées permettent d'étendre les opérations d'extinction des feux à Gray.

L'automatisation de GF Machining Solutions permet à Gray de gérer efficacement sa charge de travail à faible volume/mixte. "La flexibilité de l'équipement est très importante", a déclaré Holcomb. "Pendant la journée, nous concentrons nos ressources sur la réalisation de travaux en une, deux ou cinq pièces pour les clients de l'espace. Ensuite, avant de rentrer chez nous, nous prenons les travaux non spatiaux - essentiellement des travaux aérospatiaux à plus gros volume qui sont déjà programmés - et nous les exécutons la nuit. Nous utilisons ce que les MILL E 700 offrent en termes de programmabilité pour les très petits lots compliqués pendant la journée, puis utilisons les capacités d'automatisation pour le travail un peu plus volumineux et sans espace que nous exécutons.

Contrairement aux systèmes multi-palettes typiques qui peuvent limiter la quantité de production non surveillée à tout ce qui est chargé sur les palettes avant que les lumières ne soient éteintes, 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 inutilisées pendant que l'usinage se poursuit sans interruption. "Nous l'appelons l'automatisation pour l'automatisation", a déclaré Holcomb.

Pour un fonctionnement sans surveillance, la détection de bris d'outil est définie dans le programme d'usinage. Si un outil casse, la machine s'arrête et change d'outil. Les machines MILL E 700 U disposent d'un stockage d'outils plus que suffisant pour prendre en charge le fonctionnement prolongé sans surveillance de Gray, avec une compensation d'usure d'outil et le remplacement d'outils redondants appelés dans le programme si nécessaire.

"Nous avons emprunté 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 possédant les bonnes compétences techniques", a expliqué Holcomb. "Nous avons choisi le robot Transformer robuste au lieu d'un robot articulé car la capacité du centre d'usinage à effectuer des mouvements complexes rend inutile l'utilisation d'un robot entièrement articulé", a-t-il ajouté.

L'alternative au système d'automatisation robotique serait plus de machines, a déclaré Holcomb, "et selon le nombre de machines utilisées, plus de personnes aussi, car nous ne pouvons pas nous attendre à ce qu'un opérateur fasse fonctionner sept ou huit machines. Sur la base de nos niveaux de commande actuels et sans la robotique, nous aurions besoin d'au moins trois machines supplémentaires pour un total de cinq et deux personnes supplémentaires. Et à ce stade de notre activité, il est plus difficile de trouver les personnes que d'acquérir les machines."

Alors que les volumes de pièces sont actuellement faibles, des volumes plus élevés sont prévus, ce qui permettra à l'atelier d'exploiter pleinement les capacités des machines à cinq axes Mikron MILL et du système de palettes robotisées. "Des volumes plus élevés dans ce cas ne signifient pas des millions de pièces", a déclaré Holcomb, "Nous avons besoin de quelques dizaines de pièces au lieu de cinq à 10."

L'automatisation deviendra plus importante à mesure que l'activité des véhicules spatiaux commerciaux se développera et mûrira. Selon Holcomb, l'atelier connaît une migration vers des volumes plus importants de pièces qu'il a déjà programmées. Cela signifie moins de demande de programmation et plus de demande de temps machine prolongé que la cellule automatisée de GF Machining Solutions fournit.

Holcomb a ajouté que la vitesse d'usinage, en plus de l'automatisation, est essentielle au succès de la production de composants de véhicules aérospatiaux et spatiaux, dont la plupart nécessitent le traitement de pièces en aluminium complexes à des régimes élevés.

Outre les deux machines de la cellule automatisée, Gray dispose d'une Mikron MILL E 500 U et d'une MILL S 600 équipées de carrousels à sept palettes. Une machine a une broche de 36 000 tr/min, l'autre de 20 000 tr/min.

Contribuant à la réactivité et à l'efficacité de l'atelier, Gray s'est engagé à adopter une approche d'usinage « à configuration unique », selon Jerry Soots, ancien directeur général et président de Gray Manufacturing et maintenant consultant. Pour atteindre cet objectif de production sur une fraiseuse à cinq axes, a expliqué Soots, Gray laisse des languettes stratégiquement placées de 0,005" à 0,010" d'épaisseur sur les pièces brutes et saisit le travail dans un montage en queue d'aronde qui permet l'usinage de toutes les caractéristiques de la pièce.

La fixation offre une grande distance entre le bas de la pièce et la machine. De ce fait, l'atelier peut atteindre les éléments situés en dessous et usiner sous tous les angles. Une fois la pièce terminée, elle est mesurée sur une MMT; quand c'est conforme, ils usinent les onglets.

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

"Aujourd'hui, les entreprises spatiales commerciales font tout à la volée", a déclaré Holcomb, "c'est un état d'esprit complètement différent. Ils recherchent activement des fournisseurs qualifiés capables de répondre à leur flux constant de nouveaux produits et aux modifications de conception en cours.

« Les dernières certifications ISO et AS 9100D sont les qualifications minimales. Vous devez être très compétent techniquement. Il faut pouvoir fabriquer ces pièces exigeantes en volume relativement faible, tantôt en aluminium, tantôt dans des matériaux plus difficiles. Vous devez être suffisamment agile pour s'adapter à la fluidité dont ils ont besoin dans la planification de la production. Nos fraiseuses à cinq axes et l'automatisation de GF Machining Solutions jouent un rôle clé dans la réalisation de toutes ces exigences. »

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.