Le fournisseur de systèmes de fabrication additive transforme l'approvisionnement en pièces en concevant une imprimante 3D industrielle en quelques semaines

Réduire les délais d'exécution pour les pièces complexes

Schubert Additive Solutions (Schubert Additive) fait partie du groupe Schubert, basé à Crailsheim, en Allemagne. Il s'agit d'un fabricant de premier plan de machines et de solutions d'emballage. Le groupe conçoit et fabrique des machines d'emballage numériques robotisées en mettant l'accent sur l'interaction entre une mécanique simple, une technologie de commande intelligente et une modularité évolutive. Le groupe Schubert (Schubert) fournit des solutions clés en main en matière d'emballage principal et secondaire pour un large éventail de secteurs, notamment les produits pharmaceutiques, les cosmétiques, les boissons, l'alimentation et la confiserie et les produits techniques.

Les applications d'emballage nécessitent souvent des pièces et des assemblages complexes en petites quantités. Par conséquent, Schubert a adopté très tôt les technologies de fabrication additive (AM). Elle utilise le frittage sélectif par laser (SLS) depuis 2012 afin de produire des pièces complexes qui peuvent remplacer des assemblages comprenant jusqu'à 190 pièces usinées.

Les préhenseurs robotisés conçus sur mesure constituent une application AM évidente pour adapter le produit à l'emballage. "Ces composants clés des solutions d'emballage robotisées de Schubert doivent être disponibles rapidement, et ce qu'il s'agisse de pièces de rechange ou de modifications apportées aux produits", explique Conrad Zanzinger, , directeur technique (CTO) de Schubert Additive. "Même s'ils ont été produits sur des équipements AM, il leur a fallu plusieurs jours pour arriver là où on en avait besoin."

C'est ainsi qu'est née l'idée de tirer parti de la digitalisation pour réduire considérablement les délais de livraison des composants de fabrication additive en inversant la chaîne d'approvisionnement. Schubert Additive a trouvé la solution idéale pour l'aider dans le logiciel NX™ de Siemens Digital Industries Software, une solution complète de conception à la fabrication. Cette solution a aidé l'entreprise à transformer l'approvisionnement en pièces en concevant une imprimante 3D de qualité industrielle en quelques semaines et en réduisant le délai de production des pièces de 90 %.

Schubert Additive a utilisé NX pour créer l'imprimante 3D industrielle Partbox, capable d'une précision dimensionnelle de ±0,1 mm. En collaboration avec un fabricant de matières plastiques, l'entreprise a également créé un matériau de filament à utiliser pour obtenir des résultats optimaux.

Conception d'une imprimante 3D de qualité industrielle

"La plupart des pièces nécessaires peuvent être fabriquées en plastique par impression 3D, à l'aide de la fabrication par filaments fusionnés, une technologie éprouvée qui est utilisée depuis des années", note M. Zanzinger. "Schubert Additive a été fondée dans le but de permettre à ses clients de recevoir les données de fabrication numérique des pièces commandées et de les produire sur place à l'aide d'une fabrication additive de qualité industrielle sur la base d'un paiement à l'utilisation."

Avant que cela ne devienne possible, Schubert Additive a dû surmonter plusieurs obstacles. Parmi ceux-ci figuraient la qualité et la fiabilité de l'équipement d'impression 3D. "Au départ, nous avons utilisé des imprimantes 3D standard d'un grand fabricant", explique M. Zanzinger. "Malheureusement, cet équipement n'a pas répondu à nos attentes." Ces produits présentaient une stabilité mécanique et une qualité d'impression insuffisantes. Ils ne produisaient pas de manière fiable des pièces présentant la précision dimensionnelle et la qualité de surface requises et nécessitaient une attention inacceptable dans le cadre d'une utilisation occasionnelle dans un environnement de production industrielle.

Pour répondre à ces exigences, Schubert Additive a recouru à NX, qui fait partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, composée de logiciels, de matériel et de services, pour créer une imprimante 3D entièrement nouvelle : la solution Partbox. Elle comprend des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO), de fabrication assistée par ordinateur (FAO) et de programmation de commandes numériques (CN) pour la conception d'outils et de brides, le contrôle qualité des pièces, la programmation robotique, la planification de lignes de production et la fabrication additive. Les ingénieurs de Schubert Additive étant pressés par le temps, la combinaison par NX d'outils logiciels spécialisés et d'une cohérence totale des informations s'est avérée très utile. "En utilisant NX pour créer et vérifier le jumeau numérique de la Partbox, nos ingénieurs concepteurs ont pu mener à bien leur tâche en quelques semaines, malgré des conditions de travail difficiles pendant la pandémie de COVID", confirme M. Zanzinger. "Le fait qu'ils ont dû composer avec une seule interface utilisateur pour la conception et la vérification mécaniques, la génération de programmes et les tâches spécifiques à l'AM, a été d'une grande aide."

Pour obtenir la stabilité et la fiabilité requises, les ingénieurs de Schubert Additive ont exploité les outils d'optimisation de la conception, de la topologie et de la préparation de la construction inclus dans NX for AM. Ces outils incluaient notamment d'un logiciel de découpe, qu'ils utilisaient auparavant avec leur imprimante 3D standard. Le passage à NX n'a nécessité aucune modification en termes de programmation.

Le réseau de fabrication additive de Siemens est utilisé pour recevoir les données CAO pour la réingénierie additive et est intégré de manière transparente dans Partbox OS. (image intégrée l'aimable autorisation de Thorsten Hiller)

Un environnement AM mondial

"L'utilisation des outils de conception de pointe et des fonctionnalités AM spécialisées, disponibles dans NX, permet également aux fournisseurs de pièces de remodeler facilement les conceptions conventionnelles pour la fabrication additive", affirme Zanzinger. "Cela augmente la disponibilité des pièces sous cette forme, même si elles ont été créées à l'origine pour la fabrication conventionnelle." L'associativité et la reproductibilité sans faille réduisent la nécessité d'importer et d'exporter des fichiers ou même de recréer des conceptions existantes, ce qui réduit considérablement le temps nécessaire ainsi que les erreurs de conversion.

Un autre obstacle que l'équipe de Schubert Additive a dû surmonter était la sécurité, en particulier pour protéger la propriété intellectuelle des concepteurs de pièces. "Il était hors de question de transférer des fichiers au client", explique M. Zanzinger. "Nous devions trouver un moyen sûr de transmettre les travaux d'impression certifiés directement à Partbox sans avoir à stocker les données dans un endroit où elles pourraient être récupérées à des fins malveillantes."

Pour surmonter cet obstacle, les ingénieurs de Schubert Additive ont créé le système d'exploitation Partbox, incluant les fichiers CAO pour la reconception, qui sont reçus via l'Additive Manufacturing Network de Siemens. En tant qu'entrepôt numérique en ligne, ce système d'exploitation permet aux clients d'obtenir des licences d'impression plutôt que des pièces réelles auprès des fabricants de pièces. Ces licences, sous la forme de Certified printing jobs® (CPJ), constituent l'ADN technique du système. Elles sont transmises à l'imprimante sélectionnée grâce à la connectivité LTE (évolution à long terme), de sorte que les imprimantes Partbox ne nécessitent pas d'infrastructure de réseau ni d'intégration avec les réseaux d'entreprise.

Le système d'exploitation Partbox est ouvert. Ainsi, les clients ne sont pas limités dans leur choix de fournisseurs. Ils peuvent également télécharger leurs propres travaux d'impression de pièces ou de montages, puis les stocker dans la plateforme de diffusion de pièces pour les imprimer quand et où ils en ont besoin. Les clients peuvent ainsi réduire les inventaires tout en maintenant la disponibilité des pièces à un niveau élevé. Acheter des CPJ plutôt que des pièces détachées et les produire localement sur les imprimantes 3D Partbox est plus durable, car cela évite la pollution liée au transport. Cette solution permet également de gagner du temps en éliminant les processus, les frais d'expédition et le dégagement.

La production de pièces à la demande de Partbox prend généralement une journée, en incluant une reconception adaptée à l'AM, au lieu d'une semaine et demie, expédition comprise. Cela représente une réduction de plus de 90 %. Dans le cas des pièces détachées, cela peut faire la différence entre des opérations ininterrompues et plusieurs jours d'immobilisation. "Nous avons utilisé notre transformation numérique afin de révolutionner la distribution et la production de pièces", explique Zanzinger. "Grâce à la cohérence des données de bout en bout dans toutes les parties de NX, nous avons pu établir une continuité numérique à travers tous les aspects de ce processus qui a changé la donne."

Le recours à la fabrication additive a permis de réduire la complexité des pièces d'un système de préhension par aspiration pour les paquets de portions de crème à café de 192 pièces tournées, 18 pièces de fraisage complexes et 1 024 vis à seulement trois pièces et huit vis, réduisant ainsi le temps d'assemblage d'une journée à 10 minutes.