La technologie d’usinage CNC est utilisée pour une grande variété de projets et offre de nombreux avantages aux entreprises opérant dans différents secteurs. Bien qu’il s’agisse d’un procédé standard en génie mécanique, les fabricants de machines-outils CNC représentent un marché d’environ 50 milliards de dollars américains, proposant en permanence des innovations aux acteurs du marché.
1. Hybridation de la fabrication CNC avec les technologies additives
L’usinage CNC soustractif et l’impression 3D additive sont deux procédés distincts. Les machines CNC enlèvent de la matière d’une pièce, tandis que l’impression 3D consiste à construire des objets tridimensionnels couche par couche. Bien que leurs principes de fonctionnement soient opposés, ces deux procédés peuvent être combinés efficacement.
De nombreux constructeurs de machines ont adopté la « fabrication hybride », qui combine le fraisage et le tournage CNC avec des méthodes additives. Le nombre d’entreprises qui étudient la manière de coupler des machines CNC et des imprimantes 3D afin d’accélérer la réalisation des projets ne cesse d’augmenter.
Des tolérances inférieures à 0,01 millimètre peuvent être atteintes avec les machines CNC, ce qui les rend idéales pour les applications où la précision est essentielle. En revanche, la précision d’une imprimante 3D se situe autour de 0,1 millimètre, ce qui explique pourquoi la fabrication additive est largement utilisée pour les prototypes. Les prototypes peuvent être imprimés en 3D, puis une machine CNC peut assurer la finition du produit.
Cette approche a été mise en œuvre par DMG-Mori à Bielefeld, en Allemagne. Leur machine hybride AM/CNC LASERTEC 125 DED hybrid combine la fabrication additive et soustractive au sein d’une seule cellule machine. Les têtes d’impression et d’usinage étant interchangeables et le système de base offrant une liberté de mouvement sur cinq axes, des géométries complexes peuvent être produites avec une précision de très haut niveau. Pendant le processus, une caméra thermique infrarouge surveille la construction additive et permet un pilotage adaptatif du procédé.
2. Fabrication à la demande et devis instantanés
Une stratégie de fabrication connue sous le nom de « on-demand manufacturing » ou « cloud manufacturing » s’est développée. Elle commence à bouleverser les chaînes d’approvisionnement et a été clairement accélérée par la pandémie de Covid-19, la guerre en Ukraine et les problèmes d’approvisionnement avec la Chine. La fabrication à la demande décrit une méthode de production dans laquelle les produits sont fabriqués uniquement lorsqu’ils sont demandés et dans les quantités nécessaires. La fabrication traditionnelle, en revanche, nécessite des machines de production internes coûteuses, une production en grande série ou une dépendance à des partenaires locaux. La fabrication à la demande réduit les investissements en capital, accélère les achats et améliore la résilience.
D’autres facteurs, tels que la réduction des coûts unitaires des pièces usinées CNC et la rapidité de commande grâce aux logiciels de devis instantanés, contribuent également à l’adoption généralisée de la fabrication à la demande. Les arguments en faveur de ce modèle sont solides pour les entreprises de toutes tailles. Les consommateurs, les entreprises et l’environnement peuvent tous bénéficier de cette approche. Voici trois avantages majeurs que les entreprises peuvent en attendre :
- Réduction des coûts de fabrication
- Opérations plus agiles grâce à des achats plus rapides et à une meilleure disponibilité des technologies de fabrication
- Accès simplifié aux ressources de fabrication mondiales
InstaWerk, basé à Stuttgart en Allemagne, est un exemple de référence de prestataire de services d’usinage CNC entièrement numérisé.
3. Amélioration de l’usinage CNC grâce aux jumeaux numériques
Les jumeaux numériques sont utilisés pour mieux comprendre le fonctionnement des équipements et des processus. Dans la plupart des cas, ils constituent une représentation fidèle de leurs homologues physiques. De plus, contrairement aux simulations qui ne montrent souvent qu’une seule fonction, les jumeaux numériques sont plus globaux et peuvent fournir des informations sur plusieurs processus simultanément.
Selon un article récent de Vishnu et al., les jumeaux numériques dans la fabrication CNC peuvent être mis en œuvre lors de la planification des processus, pendant l’usinage, pour la construction de modèles et pour les boucles de rétroaction. À partir de différents paramètres d’entrée tels que la vitesse d’avance, le matériau de l’outil, la force de serrage et le taux d’usure, les auteurs ont pu mettre en place un modèle prédictif de la rugosité de surface en générant des trajectoires d’outils, en réalisant des essais et en alimentant leurs modèles à l’aide de Support Vector Machine (SVM), de processus gaussiens (GPR) et d’un réseau neuronal profond entièrement connecté (FCDNN). Le modèle a ensuite été validé avec succès sur de nouveaux paramètres.
Ces technologies de jumeaux numériques améliorent la capacité de prise de décision des planificateurs de processus et des opérateurs machines pour le pilotage des paramètres d’usinage, tant en phase de planification qu’en phase de production.
4. Augmentation des investissements dans l’automatisation
Les processus d’usinage CNC sont également influencés par l’automatisation de multiples façons. Ces dernières années, son importance a fortement augmenté et cette tendance devrait se poursuivre à l’avenir. Alors que l’automatisation se concentrait auparavant sur des opérations individuelles, un partenariat entre Mitsubishi et l’AIST a conduit au développement d’une solution CNC intégrant l’intelligence artificielle et des processus automatisés. Il s’agit d’une méthode de correction d’erreurs utilisant l’IA pour estimer les écarts entre la position réelle d’une machine CNC et sa valeur de consigne.
Selon les résultats des essais, la précision de cette approche a été améliorée de 51 % par rapport aux solutions sans IA. Cette technologie permet également des optimisations en cours d’usinage dynamique, ce qui fait gagner du temps tout en maintenant un niveau de qualité élevé.
La tendance évolue toutefois vers une automatisation à l’échelle de l’usine, avec pour objectif ultime les « usines lights-out ». Les avantages sont évidents : réduction des coûts de main-d’œuvre, augmentation de la productivité et constance de la qualité. En commençant par des cellules robotisées pilotées par caméras pour le chargement et le déchargement autonomes des machines CNC, les usines mettront en place des stations supplémentaires pour le marquage, la mesure et l’emballage afin de tirer pleinement parti des usines autonomes.
Lors du développement d’usines lights-out, plusieurs questions doivent être prises en compte :
- Le mix de pièces actuel est-il adapté à une fabrication automatisée ?
- Les fonctionnalités machines, outils et systèmes de commande nécessaires sont-ils en place pour permettre l’usinage lights-out ?
- Comment mettre en œuvre des solutions d’outillage et de bridage flexibles et adaptées à l’automatisation ?
- Comment assurer la surveillance à distance, la maintenance et la résolution des problèmes ?
- Comment détecter automatiquement les erreurs telles que les arrêts machine, les ruptures d’outils ou les défaillances logicielles ?
Une usine d’usinage lights-out bien conçue présente un fort potentiel pour transformer en profondeur la manière dont l’usinage est réalisé. Toutefois, les ateliers doivent être prêts à investir et à améliorer leurs processus. Ce niveau élevé d’automatisation convient principalement à la production en grande série de pièces récurrentes et moins aux prototypes ou aux petites séries nécessitant une optimisation manuelle, de la créativité et du pragmatisme.
5. Développement de solutions durables sur le plan environnemental
Les fabricants CNC devront commencer à mesurer et à réduire les émissions de carbone générées par leurs processus de production et leurs chaînes d’approvisionnement afin de répondre à la demande croissante des clients pour des produits fabriqués de manière plus respectueuse de l’environnement. De nouvelles initiatives ou des efforts renforcés visant à réduire les émissions de carbone des services d’usinage CNC continueront de répondre aux attentes des consommateurs, de soutenir les politiques de responsabilité des entreprises et de se conformer aux réglementations gouvernementales.
Les entreprises industrielles devront exploiter des données de production et de chaîne d’approvisionnement plus accessibles afin d’évaluer plus précisément l’empreinte carbone de leurs produits et d’explorer de nouvelles méthodes de production et de transport plus respectueuses de l’environnement.
6. Croissance du Manufacturing as a Service
Le MaaS (Manufacturing as a Service) a récemment fait son entrée dans l’industrie de l’usinage CNC, mais son adoption devrait s’accroître avec le temps. En résumé, le MaaS utilise des ressources interconnectées pour réaliser des activités de fabrication en les rendant accessibles via une interface numérique.
Le MaaS peut offrir aux entreprises une plus grande flexibilité, une productivité accrue, une meilleure agilité et des économies de coûts grâce à la réduction des dépenses de main-d’œuvre. Alors que les effets de la pandémie se font encore sentir, il est raisonnable de penser que les entreprises cherchant à réduire leurs coûts et à fonctionner avec des budgets contraints envisageront au minimum le recours à un service MaaS basé sur le CNC.
InstaWerk est l’un des principaux fournisseurs de solutions Manufacturing as a Service. Nous opérons depuis l’Allemagne, mais livrons dans le monde entier. Notre spécialisation porte sur la production de pièces tournées et fraisées. Grâce à notre calcul instantané des coûts des composants, nous rendons les avantages de la fabrication à la demande facilement et en toute transparence accessibles à nos clients.
De la théorie à la pratique : mettre les innovations en œuvre
Nous considérons comme notre mission de rendre les processus innovants, les tendances et les nouvelles solutions accessibles à nos clients. Qu’il s’agisse de procédés hybrides, de durabilité ou des effets de réseau de l’économie des plateformes, nous continuerons à tout mettre au service de nos clients. La manière la plus simple de tester ces nouvelles technologies ? Inscrivez-vous dès maintenant et lancez-vous !
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