L'expert suisse du plastique, Wild & Küpfer AG, assemble des cartes de circuits imprimés pour moteurs à l'aide d'une cellule robotisée polyvalente

Objectif : concevoir une nouvelle ligne d'assemblage pour les cartes de circuits imprimés pour moteurs. Les robots devront être capables de manipuler des plateaux, de positionner et d'orienter les pièces, mais aussi de contrôler l'assemblage final.

Solution : la proposition de l'entreprise suisse Robotec Solutions prévoyait trois robots de manutention LR Mate 200iD à bras long, avec une charge admissible de 7 kg. FANUC iRVision permet au premier robot de retirer les supports moteurs des caisses et de les placer sur le porte-pièce. Un second robot LR Mate, équipé du système iRVision, place ensuite les cartes de circuits imprimés sur les supports. Après rivetage à chaud, un troisième robot valide et place l'assemblage terminé sur une unité de transport.  

Résultat : cette solution démontre comment combiner des standards de base en une cellule polyvalente. La réduction des temps de cycle ainsi que les contrôles de la qualité et de la conformité sont intégrés au process. Pour une flexibilité maximale, il est également possible de modifier la configuration en quelques minutes.

Une ingénierie mécanique douée de vision

 

L'automatisation des process est essentielle pour les sous-traitants en fabrication

 

Chez Wild & Küpfer AG, la production de pièces en plastique complexes va de paire avec l'automatisation. Les robots FANUC à six axes contribuent également à cette valeur ajoutée – notamment en raison de leur fiabilité et de leur bon rapport qualité/prix.

 

Tout a commencé en 1975 dans une porcherie du canton de Glaris, en Suisse, avec le fondateur de l'entreprise Tobias Wild, et s'est transformé en une société de haute technologie reconnue à travers toute l'Europe. Wild & Küpfer AG est aujourd'hui une entreprise moderne et extrêmement novatrice. Lors de mes diverses visites d'usine, je n'ai que rarement vu des ateliers de fabrication aussi propres et aussi bien organisés que chez W&K.

 

Wild & Küpfer AG est spécialisé dans la fabrication de pièces en plastique de qualité et techniquement évoluées, et compte actuellement 140 employés.  La majeure partie des 23 000 m² de surface de production est dédiée à la division technique. Le deuxième pôle d'activité, la division médicale, occupe une surface plus restreinte, mais tout autant à la pointe de la technologie. Dans cette division, les employés travaillent actuellement dans des environnements de salle blanche de Classe 8. Cette classification devrait passer, dans un futur proche, à la Classe 7. Selon Daniel Hartmann, chef de projet et responsable automatisation chez Wild & Küpfer AG : « Nous continuons de développer progressivement cette division. Nous sommes confiants qu'à l'avenir nous participerons à divers projets d'automatisation et poursuivrons la mise en œuvre du concept de l'Industrie 4.0 (qui correspond en Allemagne à l'Internet des objets). » À ce stade, la transformation du plastique est basée sur tout un ensemble de process parfaitement conçus, qui vont du développement à l'assemblage, en passant par la construction et la production, sans oublier une assurance qualité systématique orientée procédés. La toute dernière innovation : Wild & Küpfer AG a investi dans un tomodensitomètre pour mesurer les pièces et assemblages moulés par injection. Cet appareil sert aux mesures et à l'analyse des défauts des assemblages. Daniel Hartmann précise : « Cela nous permet également de visualiser des détails qui jusque là n'étaient ni mesurables ni visibles. » Le département de l'outillage, l'un des piliers de la société, s'appuie également sur des équipements performants. La technologie LaserCUSING en est un parfait exemple. Grâce à ce procédé qui permet de travailler les couches de poudre métallique successivement, il est possible de fabriquer des inserts d'outils tels que des conduits de refroidissement, ce qui était impossible avec les méthodes traditionnelles.

 

Lorsque Daniel Hartmann s'est installé à Schmerikon pour rejoindre l'entreprise en 2004, l'automatisation robotisée n'en était qu'à ses débuts. Et bien que les volumes unitaires des projets initiaux étaient sensiblement au-dessus de la limite de calcul, les dirigeants de Wild & Küpfer ont estimé que cette approche se justifiait pleinement : « Les clients ont apprécié le gain de qualité qu'offrait l'automatisation. » Lorsqu'on visite l'usine, on ne réfléchit pas vraiment à la « seconde carrière » d'un robot. Quand la production et l'assemblage d'un premier produit ont été automatisées, il était déjà sur le marché depuis huit ans. Au stade actuel, le client peut encore envisager dix années supplémentaires de production. Cependant, même une cellule comme celle-ci peut faire l'objet de modifications. Pour augmenter les volumes unitaires, d'autres robots ont été intégrés. Aujourd'hui, les robots font partie de ce décor de production clair et lumineux.

 

Ici, l'entreprise a essayé, autant que possible, de recourir à des composants robotisés standardisés, comme le confirme Daniel Hartmann : « La standardisation facilite la maintenance de l'équipement, en réduisant les coûts des pièces détachées. Par ailleurs, le niveau de disponibilité est bien meilleur, car il est possible de permuter les éléments ou les assemblages du système, en cas de besoin. » Mais, il y voit également un troisième avantage : « À mon avis, la standardisation favorise la concentration sur certains produits ou équipements et favorise ainsi le partenariat avec les fournisseurs. » Néanmoins, les fournisseurs sont tenus d'être compétitifs. Tout d'abord parce que l'un des principes de l'entreprise est de toujours disposer de deux sources d'achat et d'approvisionnement pour chaque produit, afin de faire jouer la concurrence, tout en maintenant, bien entendu, l'esprit de partenariat.

 

Un vent de renouveau souffle sur l'automatisation

 

Pour l'assemblage des cartes de circuits imprimés pour moteurs, Wild & Küpfer AG a mis en place une nouvelle ligne d'assemblage. Le module à assembler fait partie d'un moteur pour système de ventilation destiné au secteur de la construction, avec de nombreuses variantes en fonction des spécifications techniques, mais également pour ce qui est des dimensions externes. Comme pour les chaînes de montage précédentes, le tout a été mis en œuvre par Robotec Solutions installé à Seon, en Suisse.

 

« Les cellules sont de plus en plus pointues en termes de routines », explique Daniel Hartmann.  La cellule Robotec démontre comment combiner des standards de base en une cellule polyvalente. Le niveau de complexité de cette cellule n'est pas trop élevé, car deux éléments « seulement » sont assemblés. Les pièces moulées par injection sont livrées dans des caisses. Les éléments fournis sont présentés sur des plateaux et le montage final se fait sur une table d'indexation rotative avec plusieurs postes.

L'attention des experts sera, toutefois, attirée par certains détails. Par exemple, le premier robot enlève les supports des caisses dans lesquelles ils sont rangés en couches. Le système FANUC iRVision intégré aide le robot à repérer la couche et la position. Afin de s'assurer que le support sera toujours parfaitement positionné sur le porte-pièce, le système est doté d'une aide au centrage mécanique. Une carte de circuits imprimés est ensuite guidée vers une position définie, où elle est ramassée par ce même robot. C'est simple, mais efficace. Un second robot LR Mate, équipé du système de vision, positionne ensuite les moteurs rangés sur des plateaux sur les éléments supports. Les deux composants sont « rivetés à chaud », et l'inspection visuelle et tactile a lieu sur un autre poste de la table d'indexation rotative. Après cette inspection qui permet de valider la version du moteur ainsi que les dimensions de l'installation, le troisième robot peut placer l'assemblage sur une unité de transport. Trois robots de marque identique sont utilisés : LR Mate 200iD, version à bras long avec une charge admissible de 7 kg. Dans cette version, les robots à six axes bénéficient d'un rayon d'action de 911 mm, et les trois panneaux de commande sont situés sur la face avant de la cellule. Le système est géré de manière centralisée via l'écran tactile GE, dans un contrôleur cellulaire de haut niveau.

 

La technologie des capteurs au service du contrôle qualité

 

Les contrôles de qualité et de conformité sont réalisés directement dans la cellule Robotec. L'inspection est effectuée selon un principe basé sur la facilité et l'efficacité. En fonction de la tâche concernée, un système iRVision, un capteur optique Keyence ou une sonde classique est utilisé.

 

Trois variantes d'assemblages sont actuellement produites sur ce système. Les modifications se font en un éclair, comme le confirme Daniel Hartmann : « Le programme peut être modifié en quelques minutes. Les porte-pièces ont également été équipés d'un système à permutation rapide, afin de pouvoir passer d'un type de production à l'autre de manière efficace. » En cas de changement de production, le programme peut, à tout moment, être mis à niveau. Un détail particulièrement utile : tous les porte-pièces sont stockés sous la table rotative, afin de les garder toujours à portée de main et d'économiser de l'espace. Pour éviter de les confondre, ils ont chacun subi un traitement anodisé de couleur différente. L'entreprise n'a voulu rien laisser au hasard lors des modifications de format. Un code barres est imprimé sur les « plans d'exécution », les documents qui accompagnent une commande. Toutes les informations requises y sont stockées. Si le système est vide, la commande est immédiatement lancée.

 

Wild & Küpfer AG collabore avec Robotec Solutions depuis de nombreuses années. Daniel Hartmann poursuit : « Cette relation mutuelle se caractérise par un partenariat solide. Nous entretenons le même type de relation avec nos clients. À Schmerikon, nous avons développé une longue expertise en automatisation au fil des années. Les principaux équipements de nos usines sont en partie conçus et produits en interne. » Cependant, il souligne également que la construction d'outils, la technologie de moulage par injection et l'assemblage de produits haut de gamme sont des compétences essentielles - et non la construction de chaînes de montage. Le chef de projet a des idées bien arrêtées sur la génération de robots collaboratifs. Pour des volumes unitaires plus restreints, les cellules innovantes avec système à permutation rapide sont de plus en plus plébiscitées. Dans ce type de solutions, les robots prennent en charge les tâches répétitives et gèrent les fonctions des procédés. En tant que mesure d'accompagnement, le personnel d'exploitation est là pour fournir de la flexibilité. Daniel Hartmann conclut : « Qui plus est, la mise en réseau des robots, cellules et systèmes de commande devient un sujet de plus en plus pertinent, notamment pour tout ce qui concerne l'Industrie 4.0. »

Grâce aux contrôleurs des robots FANUC, il sait, dès le départ, comment cela se terminera : « Désormais, nous pouvons accéder à la machine via un navigateur Web. C'est une avancée positive et un pas vers la fabrication en réseau. »

LaserCUSING

La technologie LaserCUSING consiste à opérer une fusion au laser de matériaux métalliques en poudre sur un composant. Cette procédure permet de confectionner des éléments d'outil couche par couche à partir de matériaux métalliques. L'épaisseur d'une couche type se situe entre 20 et 50 µm. Une stratégie d'exposition élaborée permet de fabriquer même des outils de grande largeur avec une qualité sans défaut. L'un des avantages de cette technologie est que, pour des formes complexes et tout particulièrement pour la 3D, des conduits de refroidissement peuvent être disposées de manière ciblée. L'outil peut donc être refroidi de manière optimale. Les pièces ainsi créées sont moins sujettes à la déformation et les temps de cycle sont raccourcis.

Produits FANUC utilisés