La fabrication additive à l’épreuve du XXL

Collaborer pour innover de manière disruptive. Avec ses partenaires VLM-Robotics et la société de R&D industrielle IREPA LASER, Siemens apporte son expertise et ses solutions dans la création de solutions de fabrication additive pour la production de pièces de grandes dimensions. Décryptage. 

Imaginez un moule de 2,60 mètres de haut, 2,5 mètres de diamètre et d’environ 300 kilogrammes.

C’est la pièce XXL que va construire IREPA LASER dans ses ateliers d’Illkirch-Graffenstaden (Bas-Rhin). Un moule destiné à produire des cuves à vin par rotomoulage pour Wine & Tools, entreprise basée en Gironde spécialisée dans les technologies innovantes d'élaboration du vin. Un moule de très grande dimension qui n’aurait pas pu voir le jour sans la robotique de manufacturing basée sur la commande numérique, rendant possible le pilotage et la synchronisation de 18 axes ainsi que le traitement des données en temps réel.

Commande numérique : pour un pilotage agile des procédés de fabrication additive 

Depuis trois ans, IREPA LASER, société de R&D industrielle spécialisée dans les procédés de traitement des matériaux et de fabrication par laser et partenaire de Siemens pour la simulation thermo mécanique, s’est donnée comme objectif de « développer un procédé DED hybride laser (dépôt de matière sous fil et sous poudre) adapté à la fabrication de pièces de grandes dimensions, de le mettre au point sur une machine également très innovante avant de l’exploiter pour répondre à des besoins industriels », explique Jean-Paul Gaufillet, son PDG. Pour ce faire, IREPA LASER a retenu la solution machine robot – dont les cellules sont notamment pilotées comme un centre d’usinage conventionnel multi-axes – proposée par VLM-Robotics. « Nous sommes peu familiarisés à l’utilisation des robots, cela nous a donc permis de rester sur nos codes de machine-outil », ajoute Jean-Paul Gaufillet.

Spécialisé dans la fabrication de cellules agiles robotisées – robotique de manufacturing utilisant différents procédés comme l’usinage, la fabrication additive, le collage ou encore le contrôle non destructif – VLM-Robotics a ainsi conçu et réalisé une cellule bi-robots XXL selon leur standard Gemini (voir photo ci-dessous) - pour IREPA LASER intégrant les outils de fabrication additive métal CLAD® d'IREPA LASER. « XXL car elle est composée de deux robots dont un sur axe linéaire se déplaçant sur cinq mètres de long, d’un vireur deux axes pouvant porter des pièces de plus de trois tonnes et d’un axe pièce de trois mètres de course utile, détaille Philippe Verlet, CEO de VLM-Robotics, partenaire innovation en France de Siemens dans la robotique de manufacturing, se positionnant dans de nombreux secteurs tels que l’aéronautique, le spatial, l’énergie, le BTP, ou encore la construction navale et ferroviaire. Dans cette machine, on retrouve une vingtaine d’axes pilotés par une commande numérique développée par Siemens (SINUMERIK 840D sl), permettant de contrôler plusieurs robots de manière synchrone mais également de nombreuses autres technologies françaises ». 

L’expertise française au service de la précision, du sur-mesure et de la maîtrise de la fabrication additive

Les axes linéaires de Lucas Robotic System ont été augmentés de la fonction rattrapage de jeu. Les réducteurs, fournis par REDEX Group équipent le vireur développé par VLM-Robotics. « Cette cellule se pilote, se programme et se maintient comme une machine-outil, complète Philippe Verlet. L’entreprise JANUS Engineering (autre partenaire de Siemens) a également fourni le logiciel NX CAM de Siemens pour développer la simulation des procédés et des programmes permettant de piloter et de simuler deux robots travaillant en même temps.

In fine, notre machine est en capacité de synchroniser 18 axes et deux effecteurs en simultané sur un process particulièrement exigeant comme l’est la fabrication additive.
Philippe Verlet, CEO de VLM-Robotics

Une cellule de manufacturing 4.0 pilotée par la data, de la conception assistée par ordinateur du produit, à la simulation des procédés, en passant par l’instrumentation du procédé pour son adaptation en temps réel jusqu’au monitoring via des capteurs de contrôle de la pièce (géométrie et santé matière). 

Une machine hybride qui intègre des effecteurs du procédé laser CLAD®-pw (poudre et fil) de fabrication additive développés par IREPA LASER. Un procédé innovant permettant de fabriquer du sur-mesure et de réaliser des réductions assez importantes en termes de délais de fabrication et de rendement de matière. « Il y a la notion de sur-mesure mais aussi d’éco-responsabilité puisque l’on est capable de réparer des pièces qui le sont difficilement avec les technologies actuelles, précise Jean-Paul Gaufillet. Sur des pièces neuves, on peut utiliser un procédé poudre pour des morceaux de pièces qui nécessitent de la précision. Avec le fil, on aura plus de débit et de rendement. Cela permet de réduire les coûts mais surtout les délais en s’affranchissant, dans certains cas, des retards d’approvisionnement de matière. » 

Une offre innovante et collective pour revisiter de nombreux secteurs industriels grâce à la fabrication additive 

Le premier prototype du moule – à l’échelle un demi – destiné à Wine & Tools a été conçu fin avril 2021. IREPA LASER met en œuvre son expertise du procédé laser pour réaliser actuellement la pièce en grandeur réelle. « La fabrication additive est une technologie nouvelle, développe Béatrice Rivalier, responsable R&D et Intelligence économique chez VLM-Robotics. Elle correspond tout à fait à la notion de sur-mesure voulue par Wine & Tools pour réaliser des designs à la demande et fonctionnaliser le moule afin d’intégrer la fonction de chauffe nécessaire au rotomoulage dans la double peau du moule »

De nombreux secteurs industriels ont des besoins de customisation de masse et vont pouvoir ainsi revisiter leur métier grâce à la fabrication additive. Cela permettra également de relocaliser certaines productions en France (les moules XXL viennent d’Italie ou d’Inde) et d’ouvrir de nouveaux segments de marchés sur des pièces unitaires de grandes dimensions ».
Béatrice Rivalier, responsable R&D et Intelligence économique chez VLM-Robotics  

 

Ce moule va en effet permettre à Wine & Tools  de créer une dizaine de cuves au design personnalisé (de type amphore) pour pouvoir ensuite proposer aux chais de concevoir leurs collections de cuves. Une réalisation collective qui pourrait, à terme, ouvrir de nouvelles perspectives sur le marché de la pièce métal XXL.

Août 2021

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