Lettre d'information "The Sharp-E" Octobre 2024

Alors qu'ANCA célèbre 50 ans de progrès dans la technologie de fabrication d'outils, Edmund Boland, directeur général d'ANCA CNC Machines (Bayswater North, Australie), se projette dans les 5 à 10 prochaines années.

Juste une personne et un chien ?

La vieille histoire de l'usine du futur peuplée d'un homme et d'un chien - le rôle de l'homme se limitant à nourrir le chien, tandis que le chien est chargé de tenir l'homme à l'écart des machines - sera proche de la réalité pour l'affûtage des outils.

Selon M. Boland, l'ensemble du processus de production sera au minimum relié numériquement, « depuis la réception de la matière première, la palettisation, la gravure au laser et la préparation des ébauches jusqu'à l'affûtage des outils et des fraises, la préparation des arêtes, le revêtement et l'expédition des produits finis ». Ainsi, par exemple, lorsqu'un travail particulier passe de la préparation du diamètre extérieur aux rectifieuses à 5 axes, les machines appellent automatiquement le programme approprié pour finir d'affûter les outils. Tout sera également relié aux systèmes ERP et MES de l'entreprise, ce qui permettra « une très bonne analyse des données, afin de prendre les bonnes décisions et d'améliorer les processus ».

Il est déjà vrai que les processus individuels, tels que l'affûtage par diamètre extérieur ou la finition du flux, sont souvent hautement automatisés une fois qu'ils sont mis en place. Ainsi, selon M. Boland, ce qui différera entre les entreprises prospères, c'est le degré d'automatisation de ces processus et le degré d'automatisation du transfert des matériaux entre les stations.

« Dans un petit ou moyen atelier, il y aura probablement une personne qui déplacera et scannera physiquement, disons, une palette de la machine OD à la machine à cinq axes. Mais numériquement, la machine à cinq axes reçoit un fichier indiquant qu'elle reçoit ces ébauches, et tout cela est lié au système ERP. La même chose se produit si l'on sous-traite le revêtement. Les informations sont envoyées numériquement à l'enrobeur, mais quelqu'un déplace manuellement les outils de la machine à cinq axes vers le service d'expédition. Alors que dans un grand atelier, un chariot robotisé effectuerait les déplacements physiques ». C'est le cas avec les systèmes de fabrication intégrés (AIMS) d'ANCA.

Amélioration des réglages et de la qualité

Selon M. Boland, plus un atelier est automatisé, plus la qualité de sa production est constante et plus ses employés peuvent se concentrer sur la résolution de problèmes isolés et l'amélioration de l'ensemble du processus, avec l'aide de l'IA. « Invariablement, il y aura des outils qui seront hors tolérance. Quelqu'un devra alors se demander pourquoi et ce qu'il faut modifier. Y a-t-il un problème avec l'une des étapes de production ? Le programme est-il erroné ? »

Les entreprises compétitives s'appuieront donc sur un nombre relativement restreint de personnes hautement qualifiées pour résoudre les problèmes. Ces personnes s'appuieront à leur tour sur le type de formation avancée disponible à l'Académie de l'ANCA.

M. Boland prévoit également que les personnes qualifiées continueront à jouer un rôle dans le réglage des machines, même si des changements sont à prévoir dans ce domaine également. « Par exemple, des technologies telles que les steadyrests seront dotées de capteurs et de la capacité d'effectuer des ajustements automatiques.

La compensation automatique pour corriger les erreurs détectées en cours de processus est déjà une réalité, et cette capacité ne fera que s'améliorer, ajoute M. Boland. Par exemple, avec la technologie actuelle, si la machine charge une ébauche de travers, le palpeur détecte l'erreur et le problème de meulage s'ajuste automatiquement pour produire un outil satisfaisant. Cependant, « il faut toujours vérifier manuellement la première pièce, surtout s'il s'agit d'un nouveau type d'outil. Ensuite, le système peut prendre le relais. Le premier outil correct » est déjà notre grand mantra. Vous devez être en mesure de mesurer le premier outil et, en cas d'erreur, de le compenser ».

L'un des facteurs contributifs est la capacité sans cesse croissante des appareils de mesure internes. M. Boland observe que ses lasers de nouvelle génération peuvent mesurer en présence d'un brouillard de liquide de refroidissement et même d'un peu d'huile résiduelle sur l'outil lui-même. Les systèmes de vision nécessitent encore une mise en place et un retrait manuels après utilisation, mais « cela va changer ». Les systèmes de caméra nécessitent une meilleure ventilation que les lasers, mais il existe des solutions. Un robot peut souffler les débris de l'environnement à l'intérieur de la machine juste après le meulage. Il est également possible d'utiliser un robot pour introduire la caméra dans la machine à partir d'un emplacement externe.

Parallèlement, la liste des caractéristiques pouvant être mesurées en interne et compensées automatiquement va s'allonger. Aujourd'hui, il s'agit « d'éléments tels que le diamètre extérieur, le profil de l'outil et la profondeur de la goujure. Dans peu de temps, nous serons en mesure d'en faire plus. Les filets d'une fraise à fileter ou d'un taraud, par exemple. Une terre K. Ou l'entaille. Tant que cela peut être mesuré dans le système, cela peut être compensé ».

M. Boland ne pense pas que nous éliminerons le besoin de machines de mesure autonomes telles que la ZOLLER Genius, en particulier lorsqu'il s'agit de mesurer des caractéristiques complexes. Mais il prévoit des améliorations dans l'interaction entre ces systèmes et les affûteuses d'outils.

La clé, explique-t-il, réside dans l'établissement de protocoles de mesure normalisés pour des caractéristiques géométriques spécifiques. « Tant que ces protocoles de mesure ne sont pas créés, aucune rectifieuse d'outils ne peut compenser un écart mesuré. Pour l'instant, l'ANCA dispose d'un ensemble de mesures standard pour les fraises et les forets les plus simples. Mais au fur et à mesure que nous installons l'AIMS chez nos clients, nous travaillons également avec eux pour élargir la gamme de mesures que nous pouvons compenser. Nous nous intéressons à des outils de profilage et à des fraises en bout très complexes, par exemple.

Tolérances inférieures au micron

Ce n'est un secret pour personne que les tolérances sont de plus en plus serrées. Selon M. Boland, l'obtention de niveaux de précision de l'ordre du micron, voire du sous-micron, sera la clé de nombreuses applications futures. La demande d'une telle précision « va croître, en raison des avantages de ces outils de coupe ». Qu'il s'agisse de l'état de surface de la pièce à usiner, de la durée de vie de l'outil ou d'autres facteurs. L'élimination de toutes les petites imprécisions au sein de l'outil de coupe améliore considérablement ses performances ».

C'est également la raison pour laquelle le marché s'oriente davantage vers les outils ronds pleins que vers les fraises indexables. « Les clients veulent la rigidité d'un outil rond plein et les avantages de pouvoir pousser l'outil tout en obtenant une excellente finition de surface », rapporte M. Boland.

Pour maintenir des niveaux de précision plus élevés, il faudra plus que les fonctions d'automatisation, de mesure en cours de fabrication et de compensation en boucle fermée dont il a été question plus haut. « Des choses simples, mais coûteuses, comme la climatisation », énumère M. Boland. « Les systèmes de refroidissement. Les types de meules que vous achetez... Il ne s'agit pas seulement de l'outil et de la meule. C'est tout le système qui l'entoure.

« L'élimination des vibrations sera absolument essentielle. Il ne sera plus possible de fixer un extracteur de brouillard directement sous l'auvent. L'unité de conditionnement d'air à l'intérieur d'une machine-outil deviendra très importante. En effet, si elle vibre, elle causera des problèmes ». C'est pourquoi un système de refroidissement central et un système d'extraction de brouillard central deviennent indispensables.

Bien que M. Boland prévoie une demande croissante d'outils de plus en plus précis, il pense également que la demande d'outils moins coûteux se maintiendra. Cela, ajouté au coût inhérent et à la difficulté de respecter les tolérances les plus strictes, limitera l'adoption des améliorations dont il vient d'être question.

Tendances des matériaux

Le carbure reste le matériau dominant pour les outils de coupe, mais l'utilisation du PCD augmente plus rapidement, selon M. Boland. Ainsi, le PCD pourrait atteindre 30 % du marché dans une dizaine d'années. Les céramiques suscitent également plus d'intérêt, mais ne représentent qu'une petite partie du marché.
De même, le besoin de technologies d'enlèvement de matière autres que la rectification va croître. L'électroérosion à fil et l'électroérosion rotative sont aujourd'hui prédominantes pour le PCD, mais l'ablation laser mérite d'être surveillée, déclare M. Boland. « Il s'agit incontestablement d'une technologie émergente. Les clients qui possèdent les premières machines les utilisent non seulement pour le PCD, mais aussi pour le carbure. En particulier, les micro-outils sont désormais considérés comme un potentiel pour l'ablation laser, et les fabricants d'outils obtiennent des résultats intéressants.

« En ce qui concerne le PCD, l'ablation laser présente des avantages indéniables par rapport à l'érosion. Elle ne nécessite pas de liquide de refroidissement ni d'électrodes en cuivre consommables ». Ainsi, même si les machines restent 40 à 50 % plus chères que les technologies concurrentes, elles peuvent permettre d'économiser de l'argent au fil du temps grâce à la réduction des coûts des consommables. L'ablation laser permet également de produire des formes qui ne peuvent pas être créées par érosion, y compris des caractéristiques de surface. À l'inverse, elle n'est pas adaptée à la cannelure d'outils de grand diamètre. M. Boland reste donc incertain quant à l'avenir à court terme de l'ablation laser, qui ne serait pas qu'une solution de niche.

De même, l'usinage additif ne remplacera probablement pas plus que quelques applications d'enlèvement de matière dans l'industrie. Et son applicabilité à la production d'outils de coupe semble limitée. « Je ne pense pas qu'il devienne suffisamment efficace d'ici dix ans. Mais potentiellement, elle a sa place dans la production d'outils spéciaux, avec des canaux de refroidissement internes impossibles à réaliser autrement et ce genre de choses. Elle pourrait également jouer un rôle dans la création d'outils de coupe coûteux et de grande taille. Mais même si elle décolle, je ne pense pas qu'elle sera suffisamment précise pour éliminer la nécessité de la rectification de finition.

Autres considérations relatives au marché

Compte tenu des gains d'efficacité de la production envisagés par M. Boland, on pourrait s'attendre à ce que l'affûtage disparaisse. Mais non seulement les solutions d'automatisation évoquées précédemment s'appliqueront également à la rectification, mais M. Boland suppose que les préoccupations en matière de développement durable continueront d'en faire une activité viable.

Dans le même temps, les gains d'efficacité réalisés par les producteurs d'outils tournés vers l'avenir créeront des attentes sur le marché pour des délais d'exécution plus rapides, même pour de petites quantités d'outils spéciaux. Comme le dit M. Boland, « la capacité de produire facilement des outils spéciaux optimisés pour un travail spécifique est ce qui sera important pour nos clients ».

Il n'est pas surprenant que le passage aux véhicules électriques réduise la demande d'outils de coupe dans le secteur automobile de près de 50 %. Cette situation varie d'un pays à l'autre, les États-Unis étant à la traîne en ce qui concerne l'adoption des véhicules électriques. Il existe également « des applications croissantes en dehors du domaine des VE qui pourraient compenser », déclare M. Boland, bien que l'impact total des VE soit indéniablement important.

« Et puis il y a la question de savoir où la technologie va atterrir. Mais il s'agit plus d'une discussion philosophique que d'une discussion factuelle. L'hydrogène prendra-t-il le relais ? Les carburants ultra-propres reviendront-ils et donneront-ils une nouvelle jeunesse au moteur à combustion ? Qui sait ?

Changements dans les services et l'assistance

M. Boland prédit que l'IA sera « un énorme mécanisme d'amélioration de la productivité à l'avenir », en partie parce qu'elle contribue à avertir à l'avance et avec précision des défaillances de composants. Elle peut même commander automatiquement la pièce de rechange. Ainsi, la maintenance préventive devient ciblée et efficace, tout en garantissant un temps de fonctionnement presque ininterrompu.

À l'inverse, M. Boland souligne que l'automatisation de plusieurs machines rend tout temps d'arrêt intolérable. « Les clients peuvent se passer d'une seule machine pendant un jour ou deux. Mais si un système entièrement automatisé n'est pas opérationnel au bout de quelques heures, c'est un gros problème. Il sera donc important de pouvoir réagir rapidement et 24 heures sur 24 ». Il y aura différentes technologies pour le permettre ». Cela inclut les diagnostics à distance et prédictifs, « pour réduire la nécessité d'avoir un technicien sur place ».

Quel que soit l'avenir, il ne manquera pas d'être intéressant. Et si M. Boland se trompe, vous pourrez toujours compter sur votre chien.

 

8 octobre 2024