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Un cas pour le robot

| Rédacteur: Jean-René Gonthier

>> Le phénomène n’est pas nouveau, il s’est seulement renforcé à cause de la situation de la devise : La production de masse de pièces en plastique moins exigeantes s’échappe vers les pays à bas salaires. Mais l’industrie suisse du plastique des pièces exigeantes reste compétitive, tant qu’elle maîtrise les coûts et la qualité.

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Opérations complexes lors de l’injection de pièces en plastique, ce sont là des opérations typiques d’automatisation avec un robot de marque Fanuc. Des robots dopés par l'engineering de Robotec Solutions AG. (Image Fanuc et Robotec Solutions AG)
Opérations complexes lors de l’injection de pièces en plastique, ce sont là des opérations typiques d’automatisation avec un robot de marque Fanuc. Des robots dopés par l'engineering de Robotec Solutions AG. (Image Fanuc et Robotec Solutions AG)

Pour la préhension et la séparation de pièces injectées provenant de machines d’injection, les preneurs de pièces à base d’axes linéaires se sont surtout affirmés dans la production de masse de pièces simples. Mais, ils arrivent rapidement à leurs limites lorsqu’il s’agit de réaliser des opérations consécutives plus complexes comme, par exemple, l’ébavurage, la mesure, le marquage, l’assemblage, etc.

Pour ces opérations, le regroupement d’étapes de processus permet rapidement d’épargner des coûts, surtout que les coûts des robots favorisent un rapide amortissement. Cependant, ce n’est pas une question de rentabilité qui parle en faveur ou contre la solution robot. En faveur du robot, on considère aussi la très grande souplesse – un argument de plus en plus important du fait de la diminution des lots – tout comme sa précision et sa «mobilité». Cette dernière est très utile, par exemple, lorsque des structures complexes doivent être «décortiquées» du moule ou lorsque des inserts doivent être injectés derrière ou autour de la pièce.

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En bref : plus les professionnels suisses de l’injection de plastique devront se concentrer sur les exigences de plus en plus complexes des clients, plus le robot deviendra un «collaborateur» indispensable. Car souvent, pendant l’injection du plastique, le robot arrive à poursuivre le traitement (p. ex. contrôler, marquer, ébavurer, etc.) de la pièce qui vient tout juste d’être prélevée.tout en restant malgré tout disponible pour la prise de la prochaine pièce.

Élément de pérennité du site.

Contre l’alternative à la délocalisation de la production dans les pays à bas salaires, il n’y a qu’une solution : l’automatisation maximum de toutes les opérations et fonctions à l’intérieur d’un processus de production. Les critiques puristes pourraient maintenant dire que, de cette manière, des emplois sont « détruits », mais ils oublient que, justement, cette stratégie de l’automatisation totale pérennise justement des emplois dans le pays à salaires élevés qu’est la Suisse. Georg Fischer Wavin Ldt en fournit un très bon exemple. L’entreprise est spécialisée dans les systèmes d’alimentation en gaz et en eau et produit les composants et outils nécessaires dans ses deux usines de

Subingen et Schaffhouse. Elle produit une grande qualité de pièces de conduites et de tuyaux comme, par exemple, des pièces moulées électro-soudées, en plastique.

La société produit les pièces moulées électro-soudées depuis plus de 10 ans avec un haut niveau de mécanisation et d’automatisation. Tout d’abord, une étude de faisabilité a été réalisée et son résultat très positif a abouti à un concept continu de manipulation, de production et de flux de matériel pour la gamme étendue de pièces. Comme difficulté vint s’ajouter le poids élevé des noyaux d’injection qui, par paire, va de 25 à 40 kg. Ce poids, plus celui des pièces injectées/moulées de maximum 2 kg doivent à chaque foisêtre «traités» du début à la fin du processus, ce qui nécessite un système de manipulation plus grand, ce qui veut dire plus performant. La société d’automatisation a choisi pour ce faire deux robots industriels pour une charge maximum de 150 kg avec une portée étendue de 2900 mm de rayon dans le domaine « Injection du support de bobine » ainsi qu’un robot pour une charge maximum de 125 kg et une portée étendue de 2810 mm dans le domaine

« finition de l’injection ». Les machines utilisées pour l’injection présentent un concept différent de construction et d’outillage. D’un point de vue technique, on constate le haut degré d’utilisation des robots industriels. L’objectif suprême était de laisser aux robots le plus possible d’opérations. Ce qui a permis de réaliser des périphéries d’installation statiques et peu coûteuses. Les robots servent non seulement de systèmes purs de manipulation mais ils sont aussi fermement intégrés dans le processus de fabrication. Des opérations comme la découpe de la pièce injectée, la mesure ou le marquage des caractéristiques de qualité se font pendant la prise, entre le robot et les stations spécialement conçues. Et l’application d’une étiquette à partir de l’arête de sortie d’une imprimante est également réalisée par le robot. Selon les responsables de l’étude, le projet de rationalisation envisagé répond à tous les objectifs fixés aussi bien au niveau de la productivité et de la qualité des produits qu’au niveau de la souplesse d’équipement pour la production de pièces différentes dans une seule cellule : «Changement d’outils compris, nous sommes en mesure de transformer toute la cellule en 2 heures pour réaliser un autre type de pièce moulée. Cependant, l’objectif de l’avenir est de réduire le changement d’outils largement en dessous des 2 heures. En règle générale, il y a un changement par semaine, cependant, pour chaque charge, nous traitons des lots assez importants. La disponibilité technique de l’installation est très élevée, les 96 % exigés sont très souvent nettement dépassés. Une production entièrement automatique signifie aussi un contrôle qualité à 100 % car toutes les étapes du processus sont surveillées. Avec les mêmes effectifs, nous avons pu augmenter énormément les quantités produites et nous pouvons mieux fournir qu’avant, ce que nos clients ont naturellement complètement intégré. Ainsi, l’automatisation par systèmes robotisés contribue à maintenir nos emplois.»

Robots purs pour salles blanches.

Il existe un autre argument en faveur des robots : la plupart des fabricants de robots proposent maintenant des modèles compatibles avec les salles blanches. Ceci facilite naturellement considérablement l’intégration dans des solutions à salles blanches. Cependant, il faut tenir compte de quelques particularités dans la conception du système. Le système de préhension doit évidemment être aussi placé à l’intérieur de la salle blanche, mais il peut aussi être un élément des machines à injection, la plupart du temps à entraînement électrique dans de tels cas. C’est ainsi, par exemple, qu’a été résolue l’injection de joints sur les capuchons de fermeture des poches de perfusion. Dans ce cas, le robot est suspendu au-dessus de la plaque de serrage de l’outil. Dans un espace très étroit, il prend les capuchons de fermeture après l’injection des joints et les guident jusqu’à un système de contrôle optique de la qualité. Dans les applications pour salles blanches en général et dans les applications technicomédicales en particulier, il existe une bonne raison à préférer l’utilisation de robots à bras articulé plutôt que des systèmes linéaires : leur installation blindée qui comprend tous les guides et tous les câbles garantit une production durable sans particules ni germes.

De plus, le robot à bras articulé permet de réaliser des salles blanches plus compactes, ce qui agit positivement sur les frais d’investissement et d’entretien.

Les avantages des surfaces lisses et des profils fermés s’appliquent évidemment à tout l’intérieur des salles blanches. À 40 %, le personnel opérateur représente le plus grand « facteur d’encrassement » de la salle blanche. Pour cette raison, l’équipement devant être manipulé par le personnel opérationnel, devra être placé hors de la salle blanche.

Les systèmes de sas et de dépression dans la salle blanche peuvent empêcher l’introduction de particules de saleté à l’intérieur de la salle blanche lors de «l’importation» ou «l’exportation» de matériel comme les étiquettes ou les produits finis, c’est-à-dire lors de l’échange de marchandises avec le monde extérieur. La dépression et les sas permettent aussi, dans l’exemple suivant, de maintenir un air propre dans la salle blanche : dans une entreprise médicotechnique, des pièces en plastique sont fabriquées sur des machines d’injection par trois équipes. Le robot est placé sur un axe linéaire dans une cellule à l’intérieur de la salle blanche. Il doit prendre les pièces, les désempiler et les traiter ultérieurement, et ceci à un rythme imposé par la machine d’injection – une Netstal Synergy 600/1000/1200 – d’environ 8 secondes.

Le problème a été résolu avec un robot qui se déplace sur un axe linéaire. Il prélève les pièces sur une machine à injection, effectue si nécessaire une opération intermédiaire (p. ex. un contrôle au moyen d’un système de visualisation) et les dépose sur un tapis roulant ou un chariot de distribution. L’installation est conçue pour la catégorie de salle blanche C ; la commande de la cellule est placée hors de la salle blanche et pilote aussi le sas pneumatique pour la préhension des pièces au moyen de chariots de dépose avec tapis roulant.

Aucun travail manuel.

En contact avec les machines d’injection, l’homme est non seulement une «source de saletés» comme dans les applications pour salles blanches mais aussi parfois, il ne convient pas en raison de son «manque de graduation». Dans de nombreux cas – comme celui de l’application Georg Fischer Wavin citée au début – son « poids de charge » n’est pas suffisant. Pour de nombreuses applications électroniques et technicomédicales, ses doigts ne sont pas assez fins et rapides. Exemple : chez Phonak, la fabrication d’appareils auditifs de plus en plus petits.

À Stäfa, l’atelier d’injection comprend cinq cellules de production. Ici sont principalement fabriquées des coquilles d’appareils auditifs qui sont prélevées de la machine par un robot et déposées dans des plaques alvéolées spéciales. Indépendamment du fait que la plupart des pièces sont trop petites pour être prises en toute sécurité à la main, il faut aussi que la manipulation soit le plus possible soigneuse. D’une part, les pièces ne doivent comporter ni rayures ni traces. D’autre part, il faut éviter tout contact manuel pour ne pas perturber les revêtements suivants.

Une spécialité : les pièces sur lesquelles les éléments de contact sont injectés sur le pourtour. Les pièces à déposer sont d’abord découpées dans une bande sur la machine, ensuite prépositionnées et déposées par le robot dans l’outil au moyen d’une double pince. Ensuite la préhension se fait avec des pinces sous vide. Si plusieurs pièces de tôle sont nécessaires pour une opération d’injection, elles sont alors découpées à partir de la bande de telle manière à pouvoir être prises en même temps ou sans grands déplacements.

Lorsque les pièces sont déposées dans l’outil d’injection, une caméra contrôle le bon positionnement. Après l’injection sur le pourtour, le robot prend la pièce finie et la dépose. Selon le cycle de fabrication, il est possible de fabriquer ainsi six à huit pièces très complexes. La pièce la plus compliquée possède cinq pointes de contact et deux pièces en tôle qui ne sont pas en contact. Et pour mieux comprendre : les opérations de dépose se jouent dans une surface de la taille d’un ongle.

Savoir-faire et précision du robot

«La précision de positionnement des robots est très importante» explique le chef d’exploitation responsable pour ne citer qu’un critère important de sélection. Aussi bien la prise des pièces et la dépose doivent être parfaites. Même l’échauffement des axes et des articulations des robots peut avoir une influence sur la précision. Mais, malgré la compensation de température au moyen du logiciel de la commande des robots, les temps de réglage et d’optimisation sont souvent longs. Malgré toutes les aides techniques, il faut de l’expérience : «L’optimisation de l’opération de dépose exige un bon œil et de la précision ». Plus les réglages sont fins, plus le processus se déroulera sans panne. Cet exemple montre nettement en quoi consiste la chance de l’industrie suisse du plastique dans le commerce international. C’est précisément la combinaison de la compréhension particulière du spécialiste dans le système et le processus, la flexibilité, la rapidité et la précision du robot et de la productivité

et de la qualité du système en tant que cellule de production et non pas comme machine nue d’injection de pièces en plastique qui conduit à la compétitivité internationale. Pour aucune autre branche il n’a jamais été aussi clair que les emplois sont ici assurés non pas malgré mais grâce à l’automatisation. <<

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