Micro5, vingt-cinq exemplaires sont mis en vente cette année Micro5 : quoi de neuf ?

Auteur / Rédacteur: Serge-André Maire, HE-Arc Ingénierie / Gilles Bordet

Deux ans après sa présentation au SIAMS, que devient la micro5 ? Si la micro-fraiseuse 5 axes née à la Haute Ecole Arc Ingénierie a quitté le nid pour être industrialisée par différents fabricants, à l’interne, elle continue de faire l’objet de tests et développements très prometteurs.

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La micro5 de la Haute Ecole Arc Ingénierie est une fraiseuse 5 axes à peine plus grande qu’une machine à café au design saisissant dotée de performances stupéfiantes.
La micro5 de la Haute Ecole Arc Ingénierie est une fraiseuse 5 axes à peine plus grande qu’une machine à café au design saisissant dotée de performances stupéfiantes.
(Source : © Guillaume Perret // lundi13)

Deux ans ont passé depuis la dernière édition du SIAMS, lors de laquelle le stand de la Haute Ecole Arc Ingénierie n’avait pas désempli, en raison de la présentation de la micro5, cette fraiseuse 5 axes à peine plus grande qu’une machine à café.

Les hautes écoles spécialisées n’ayant pas pour mission de vendre des machines, la fabrication de la micro5 a été confiée à différents industriels intéressés.

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A l’interne, l’équipe du professeur Claude Jeannerat a toutefois continué d’exploiter le filon. Elle effectue des tests de performance et prépare les prochaines étapes de cette innovation avec des partenaires industriels et en s’appuyant sur les compétences des autres groupes de recherche de la HE-Arc Ingénierie.

L’efficience n’est pas seulement énergétique

« A l’origine, dans le cadre du programme EcoSwissMade de la HES-SO (Haute Ecole spécialisée de Suisse occidentale), nous nous sommes demandé comment usiner une pièce d’un diamètre ou d’une arête de 50 mm en consommant moins d’énergie », rappelle Claude Jeannerat, responsable du groupe Conception des moyens de production à la HE-Arc. « Grâce notamment à sa petite taille, la micro5 a permis non seulement de diviser cette consommation par 10 mais aussi d’obtenir un gain de place d’un facteur supérieur à 3 au sein des ateliers de production, ce qui a ouvert la voie au concept de micro-usine. »

Mais Claude Jeannerat n’était pas au bout de ses surprises : « Au départ, l’objectif était de diminuer la consommation d’énergie sans perdre de temps ni de qualité d’usinage par rapport aux autres fraiseuses 5 axes. Or, en effectuant divers séries de tests, nous nous sommes aperçus que les performances de la micro5 étaient notoirement supérieures à celles des grandes machines traditionnelles. »

« Vallée de la mort franchie »

Rares sont les fraiseuses capables de rester très précises lors d’usinage à grande vitesse (UGV), notamment à cause de l’instabilité générée par l’accélération des importantes masses en mouvement couplée à l’excitation engendrée par le procédé discontinu de l’enlèvement de copeaux.

Grâce à la légèreté et la rigidité de ses bâtis, la micro5 est capable d’accélérations fulgurantes. Gardant toute sa précision à haute vitesse, elle parvient à franchir cette « vallée de la mort » qui séparait, jusqu’ici, l’UGV de l’usinage conventionnel.

« L’UGV permet de minimiser les efforts de coupe de manière substantielle et sans perte de productivité. Corollaire positif, l’usinage de pièces à faible rigidité propre minimise les déformations et les tensions induites dans la matière. D’autre part, l’usure des outils est nettement plus faible, grâce à la minimisation des frottements et un meilleur refroidissement naturel de l’outil », explique le professeur Jeannerat. « Les performances d’usinage sur des pièces en laiton (platine de montre) et en inox (carrure) se sont également révélées supérieures à celles obtenues avec les grandes machines 5 axes. Nous allons maintenant effectuer une série de tests d’usinage sur des matériaux durs, comme les aciers trempés. »

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La micromachine est sur le marché

Elle a confié cette tâche à l’Association de recherche communautaire des moyens de production microtechniques, qui a proposé trois sessions de formation animées par le professeur Claude Jeannerat et ses collègues entre septembre 2016 et février 2017. Une cinquantaine d’industriels issus d’une quinzaine d’entreprises y ont pris part.

Par ailleurs, trois sociétés romandes ont souhaité produire et commercialiser une version industrielle de la micro5 adaptée à leurs spécificités et à leur vision. Elles ont bénéficié des licences d’exploitation et d’un transfert technologique détaillé, dans le cadre d’accords de partenariat. Il s’agit, d’une part, de Mecatis SA, à Isérables, et SafeLock SA, à Malleray, qui ont formé le consortium Micro5, et, d’autre part, de Kummer Frères SA, à Tramelan.

La Micro5 de Factory5

Le succès étant au rendez-vous, le consortium se transforme en Factory5 SA pour présenter une première smart machine Micro5 au SIAMS. Vingt-cinq exemplaires sont mis en vente cette année.

Factory5 fait également entrer cette micromachine dans l’ère numérique, en lançant un modèle d’affaires très Industrie 4.0. Il s’agit d’une plateforme numérique au sein de laquelle les partenaires travaillent en synergie pour aider les manufactures à industrialiser leurs produits. Pour ces entreprises, c’est tout le processus de production qui est transformé avec différents dispositifs coopératifs connectés.

Présenté publiquement le 15 janvier dernier à Tramelan, ce modèle d’affaires permet de répondre aux besoins du client de manière très réactive, sans perdre la maîtrise des données et du savoir-faire. On peut y voir une avancée technologique et des améliorations dans le mode de production industrielle qui vont générer de nouvelles manières de travailler.

La K5 de Kummer Frères

Kummer Frères SA a présenté son évolution de la micro5 en septembre dernier à Hanovre, dans le cadre de l’EMO. Par rapport au prototype présenté par la HE-Arc Ingénierie en 2016, la K5 est dotée d’un changeur d’outils automatique et de différentes broches.

Disposant également d’un receveur de copeaux et pouvant fonctionner à l’émulsion ou à l’huile, elle était également visible au SIAMS.

Caractéristiques techniques de la Micro5

Données de la pièce

  • Architecture sérielle : 5 axes
  • Dimension Pièce : 50 x 50 x 50 [mm]
  • Technologie : UGV
  • Répétabilité : 0.5 [µm]
  • Précision visée : 2 [µm]

Axes Linéaires

  • Avance rapide 30 [m/min]
  • Accélération : 15 [m/s2 ]
  • Course XYZ : 78/56/50 [mm]
  • Masses mobiles : 10 [kg]
  • Rigidité statique : K=2x10^7 [N/m]
  • 1ère fréquence propre : 250 [Hz]

Axes rotatifs

  • Axe B : -10° à 100° / 400 [tr/min] - 800-1000 [rad/s2 ]
  • Résolution : 0.002°

Broche

  • Ø outils max : 3 [mm]
  • Vitesse : 60'000 [tr/min]
  • Puissance : 400 [W]
  • Cône : ATC 15
  • Lubrification : Micro-lubrification type Unilube consommation < 3 litres/année

Installation

  • Tension : 3 x 400VAC / 50Hz
  • Puissance installée : 10A
  • Poids à vide : <500 kg toutes options
  • Alim. pneumatique : 6 bars

Une micro5 4.0

L’autre bonne surprise a trait au potentiel d’autonomisation de la micro5, un atout essentiel pour faire entrer cette micro-fraiseuse dans l’ère de l’Industrie 4.0.

L’énergie nécessaire pour assurer l’accélération et la stabilisation des masses importantes caractéristiques des machines conventionnelles est telle, qu’il n’est généralement pas possible ou du moins trop aléatoire de tirer des informations significatives des variations de consommation des broches mesurées lors des cycles d’usinage.

Le micro-fraisage UGV est très peu énergivore, tout en assurant une excellente productivité. Avec la micro5, les faibles inerties et les puissances disponibles juste adaptées au besoin permettent de rendre significatif le besoin lié à l’usinage, même s’il est très faible. Les écarts de consommation deviennent ainsi de précieux indicateurs, par exemple, pour détecter le moment où la fraise usine et celui où elle n’est plus en contact avec la pièce.

L’augmentation de la consommation d’énergie est même perceptible au fur et à mesure que la fraise s’use. Par la seule interprétation de ces variations, il devient possible de monitorer les cycles d’usinage et donc de rendre la production autonome, tout en garantissant sa qualité et sans ajouter de moyens de contrôle (palpeurs ou autres types de capteurs). La machine devient auto-apprenante et autonome.

Le graal du « closed-loop manufacturing » (fabrication en boucle fermée) devient accessible et ceci sans aucun équipement périphérique.

Pour réaliser de tels développements, l’équipe de Claude Jeannerat s’appuie sur diverses compétences présentes au sein de la HE-Arc Ingénierie, en particulier celles des groupes Analyse de données, Métrologie et vision industrielle, Systèmes informatiques embarqués et Technologies d’interaction.

De la micromachine à la micro-usine 4.0

Mais le principal développement né de la micro5 a pour cadre la deuxième phase du programme EcoSwissMade, mené en partenariat avec d’autres écoles de la HES-SO, en particulier celle de Fribourg.

Il ne s’agit plus seulement d’adapter la taille des machines à celle des pièces produites dans notre fief de la microtechnique, mais d’imaginer un autre univers industriel, où la taille des usines s’adapte à celle de ces machines.

Pièces d’horlogerie ou de joaillerie, prothèses et autres dispositifs médicaux peuvent être produits dans un espace restreint. Si ces micro-usines se connectent, deviennent intelligentes et autonomes, pourquoi ne pas imaginer fabriquer une prothèse sur mesure à partir d’une IRM directement dans un hôpital ? ou une pièce de joaillerie directement en boutique ?

La deuxième phase du programme EcoSwissMade vise donc à créer une micro-usine basée sur une mise en ligne automatisée et flexible, tant horizontale que verticale, des périphériques et technologies d’usinage nécessaires à la production microtechnique.

Grâce au développement des technologies liées à l’Industrie 4.0, telles que l’internet des objets, l’analyse de données ou le cloud computing, cet autre univers industriel n’est plus une utopie.

Une pré-étude sur toutes les fonctionnalités nécessaires à la création de cette micro-usine 4.0 est en cours dans le cadre du programme EcoSwissMade. Avec pour objectif la réalisation d’un prototype de « Micro Lean » – première smart factory dédiée à la fabrication microtechnique –, la HE-Arc Ingénierie va lancer un consortium d’intérêt ouvert aux entreprises souhaitant expérimenter le potentiel de l’Industrie 4.0 Swiss Made!

Les entreprises intéressées à intégrer ce consortium d’intérêt peuvent contacter Max Monti, responsable Partenariats et valorisation à la HE-Arc Ingénierie (max.monti@he-arc.ch). MSM

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