Aussi solides que le métal et produits à la demande

Les superpolymères et les matériaux composites surclassent le métal dans les conditions d'utilisation extrêmes. Cette supériorité les rend particulièrement intéressants pour des industries comme l'aérospatiale, l'automobile et l'énergie. Avec une plateforme d'automatisation de B&R, Roboze introduit l'impression 3D de ces matériaux dans l'usine.

Dans un satellite, un sous-marin ou une installation éolienne, chaque composant peut être soumis à des températures et des sollicitations mécaniques extrêmes, des hautes tensions et des produits chimiques abrasifs qui le mettent à rude épreuve. Naguère, seuls des alliages métalliques résistaient à ces conditions, mais désormais le métal est concurrencé par un nombre croissant de superpolymères et de matériaux composites renforcés avec des fibres de carbone et de céramique.

Par ailleurs, l'efficacité des carburants est plus importante que jamais, tant sur un plan économique qu'environnemental. Par rapport aux métaux, les superpolymères et les matériaux composites sont plus légers, offrant ainsi une alternative attractive pour les voitures, les avions et tout autre chose à mettre en mouvement. Ils résistent aux produits chimiques agressifs et isolent de la chaleur, de l'électricité, du bruit et des vibrations, améliorant ainsi la sécurité et le confort.

Le spécialiste de l'impression 3D Roboze allie ces matériaux innovants avec une technologie additive disruptive. Ses imprimantes réduisent ainsi considérablement les temps de fabrication et les coûts de production tout en offrant la flexibilité nécessaire pour fabriquer des pièces personnalisées à la demande. Elles utilisent l'impression en filament fondu (FFF), un procédé d'impression 3D où le matériau fondu est extrudé à travers une buse chauffée et se dépose ensuite couche par couche pour former la pièce à fabriquer. Roboze a néanmoins dû réaliser quelques adaptations critiques pour donner au matériau les propriétés requises et pour garantir les tolérances dimensionnelles étroites du métal.

En plus de son tout nouveau système extrudeur pour matériaux à grande viscosité, Roboze a conçu une chambre d'impression chauffée unique en son genre pour maintenir un environnement d'impression optimal et empêcher tout rétrécissement lors de l'extrusion. De plus, l'entreprise a également développé et breveté une solution d'entraînement sans courroie, éliminant ainsi un point faible qu'ont de nombreuses imprimantes 3D par rapport aux machines-outils conventionnelles.

Pour déplacer la tête d'impression le long des axes x et y, les systèmes FFF conventionnels utilisent des courroies. Or les courroies se déforment, s'usent et au bout d'un certain temps, il faut les recalibrer. Le système de Roboze remplace les courroies par des transmissions mécatroniques directes, ce qui accroît sa précision et son efficacité et simplifie sa maintenance. Un engrenage hélicoïdal assure que le mouvement de la crémaillière s'effectue sans à-coup, ce qui réduit nettement le bruit, l'usure et les surchauffes.

"Pour concurrencer les machines à commande numérique, nous devions garantir des tolérances micrométriques et régulières," indique Davide Schiena, Head of Application Engineering and Customer Success de Roboze. Le temps d'échantillonnage de 50 µs de l'ACOPOS P3 de B&R a permis d'atteindre la performance requise. ""Les servovariateurs de B&R nous permettent de garantir un précision de positionnement de ±10 micromètres," précise D. Schiena. "C'est six fois plus précis qu'un système avec courroie."

L'image que beaucoup de gens ont des imprimantes 3D est celle d'appareils autonomes qu'on utilise pour fabriquer rapidement des prototypes. "Nous savions qu'elles peuvent faire bien plus que cela," explique Alessio Lorusso, fondateur et CEO de Roboze. "Avec B&R, nous avons dès le départ conçu l'ARGO 500 de manière à ce qu'elle s'intègre entièrement dans la ligne de production."

L'ARGO 500 permet un contrôle 100% automatisé des différentes étapes qui composent le procédé d'impression dans la chambre chauffée. En font partie le processus d'extrusion lui-même, mais aussi les étapes qui précèdent comme le séchage du filament, ainsi que les étapes de traitement ultérieur comme le recuit. Toutes ces étapes nécessitent une puissance de traitement élevée, d'où le choix de Roboze d'utiliser un Automation PC 910 de B&R.

Après chaque cycle d'impression, l'ARGO 500 produit un log de données de processus qui permet la création d'un modèle digital ainsi que la certification automatique de chaque pièce fabriquée. Sa connectivité permet non seulement un diagnostic prédictif pour accroître la productivité et la disponibilité machine, mais aussi l'actualisation de fonctions ou l'optimisation de paramètres à distance.

En utilisant les composants logiciels prêts à l'emploi de la technologie mapp de B&R, Roboze a pu mettre en œuvre rapidement les fonctions nécessaires pour l'intégration de la machine dans l'usine, dont la gestion d'alarmes, l'acquisition de données, la journalisation de variables de processus et la gestion d'utilisateurs. "Notre équipe a ainsi pu se concentrer sur la mise en œuvre et l'optimisation du procédé d'impression lui-même," explique Antonio Pastore, responsable ingénierie de Roboze.

"Disposer d'une solution d'automatisation B&R nous permet de concevoir des imprimantes 3D qui sont très performantes et d'une fiabilité hors pair et dont la mise en route et la maintenance sont des plus simples," se félicite A. Lorusso, ajoutant aussi que la contribution de B&R est allée bien au-delà de la simple fourniture de matériels et de logiciels. "À chaque étape, B&R s'est assuré que nous avions les outils qu'il fallait pour assurer notre succès, qu'il s'agisse des formations, des snippets de code, ou encore de l'équipe d'assistance qui a toujours levé rapidement nos interrogations."

L'ARGO 500 est le premier produit commercial issu de la collaboration avec B&R qui a débuté en 2020. "Nous avons été vraiment impressionnés par la performance du système B&R," souligne A. Lorusso, "et nous avons hâte de l'utiliser dans nos nouvelles plateformes d'impression 3D où nous ajouterons de la connectivité IIoT et même un contrôle basé sur le cloud."