Comment la fabrication numérique de bureau impacte la découpe au jet d’eau abrasif

Aug 22, 2023

FIGURE 1. Le paysage de la fabrication numérique de bureau comprend quatre technologies principales : l'usinage CNC, l'impression 3D, la découpe laser et la découpe au jet d'eau.

Les fabricants de tôlerie sur mesure d'aujourd'hui ne sont que trop familiers avec le « unique ». Un client peut vouloir une ou quelques pièces pour une commande de très faible volume, ou peut-être juste une quantité d'une pièce. Cette commande pourrait concerner un prototype, et lorsqu’il s’agit de prototypage, le temps presse.

Le prototypage nécessite une itération rapide. Les concepteurs consacrent un temps toujours limité au processus crucial de résolution de problèmes consistant à essayer, échouer et s’améliorer. Dans le passé, cela signifiait s'appuyer sur une équipe dédiée de modélisateurs et machinistes professionnels internes avec un complément conséquent et spécialisé d'équipements complexes nécessitant des opérateurs qualifiés qui étaient généralement éloignés de l'objectif réel d'ingénierie et de conception. Dans un atelier de fabrication personnalisé, ces opérateurs travaillaient probablement dans une zone de prototypage distincte.

Alternativement, un fabricant peut envoyer une commande urgente de prototype à l’atelier de production. Les machines de fabrication de tôles sont plus flexibles qu’avant. Même ainsi, l’arrivée d’un prototype ou d’une commande en faible quantité perturbe toujours le flux de production.

Certaines opérations explorent désormais une troisième option. Ils intègrent les machines-outils au département d'ingénierie lui-même. Certains ont expérimenté des imprimantes 3D, à la fois en plastique et en métal, qui empêchent les ingénieurs en prototypage d'utiliser l'atelier d'usinage. D'autres utilisent une technologie émergente de découpe de profilés qui permet aux ingénieurs de découper eux-mêmes un profilé, sans avoir besoin de transmettre la demande à l'atelier de prototypage ou à l'atelier de production.

La découpe au jet d'eau abrasif de bureau est un processus parmi un nombre croissant de technologies dans ce qui est désormais connu sous le nom de fabrication numérique de bureau. Le concept a créé de nouvelles possibilités pour les concepteurs de produits. Le temps passé à passer d’un concept initial à un produit final n’est plus l’obstacle qu’il était autrefois. C’est une conséquence directe de la démocratisation du secteur manufacturier. Aujourd'hui, la fabrication peut avoir lieu en production, dans une cellule de prototypage ou dans une zone de l'atelier à quelques pas du poste de travail de l'ingénieur.

La pratique de la fabrication numérique de bureau a commencé il y a plus de dix ans avec les imprimantes 3D de bureau. Ils sont parfaits pour créer des pièces complexes dans diverses matières plastiques. Puis sont apparues les découpeuses laser de bureau, capables de créer des pièces 2D précises dans des matériaux souples et fins tels que le bois et le plastique, des prouesses que les imprimantes 3D ne pouvaient pas réaliser. Les fraiseuses CNC abordables sont également devenues populaires, offrant la possibilité de créer des pièces 3D complexes en métal.

Ces technologies ont donné aux ingénieurs la flexibilité de prototyper des pièces en interne. Cependant, un processus de fabrication restait insaisissable : les outils numériques capables de fabriquer des pièces précises en plaques ou en feuilles dures n'étaient toujours pas disponibles pour la plupart des ingénieurs. Cependant, des découpeuses au jet d'eau de petit format sont récemment arrivées sur le marché, permettant aux ingénieurs de produire des pièces de précision en tôle, en fibre de carbone, en verre et en caoutchouc.

Les jets d'eau découpent toute une série de matériaux en concentrant de l'eau à ultra haute pression et des particules abrasives dans une buse, projetant ainsi la boue sur la pièce à usiner. Étant donné que tous les matériaux s'érodent et qu'il s'agit d'un processus de découpe à froid, les jets d'eau peuvent produire des pièces prototypes précises avec une excellente finition de surface dans de nombreux matériaux que les imprimantes 3D, les lasers de faible puissance ou les machines CNC ne pourraient pas gérer (voir Figure 1). .

Par exemple, une conception d’un nouvel équipement industriel nécessitait un gros moteur électrique avec une transmission par courroie et poulie. Dans cette application, le rapport de démultiplication entre les poulies était une variable de conception critique qui affectait les performances de l'appareil. Pour lutter contre ce problème, l'équipe de conception a reconnu le problème et a conçu une solution simple pour tester et mesurer les améliorations afin d'augmenter l'efficacité de la conception.

Tout d’abord, les ingénieurs ont créé des dessins CAO pour une série de poulies d’entraînement de tailles alternatives, certaines avec plus de dents et d’autres moins, afin que les différents rapports d’entraînement puissent ensuite être testés pour déterminer celui ayant la plus grande efficacité. Au lieu d'envoyer les différentes poulies à un atelier d'usinage et d'ajouter les délais et les coûts de production associés, les ingénieurs du projet ont découpé les pièces des poulies de test en interne sur leur petite découpeuse au jet d'eau (voir Figure 2).