Les avantages de la mesure portable : comment la numérisation laser 3D améliore l'ensemble du processus de formage des métaux
Auteur : Orlando Perez, administrateur, marketing produit, FARO Technologies
En tant que branche de la métallerie et part du processus de fabrication, le formage des métaux est un processus fondamental impliqué dans un large éventail d'assemblages de pièces, depuis les biens de consommation estampés jusqu'aux constituants pour l'aviation et l'automobile. Avec autant de produits en jeu (ainsi que des milliards de dollars), la précision, l'exactitude et la répétabilité sont essentielles.
C'est d'autant plus vrai à présent que les États-Unis sortent peu à peu de la pandémie de COVID-19 et que le marché mondial de l'estampage, qui était évalué à 220 milliards de dollars en 2019, devrait connaître un taux de croissance annuel composé de 2,8 % de 2020 à 2027. Par ailleurs, le marché mondial du forgeage de métal, évalué quant à lui à 84 milliards de dollars (en 2019) devrait connaître une croissance de 5 % sur la même période. Cette reprise internationale se fera également sentir dans d'autres secteurs de l'économie : le Fonds monétaire international prévoit une augmentation de 6 % du PIB des États-Unis, dépassant ses prévisions initiales de janvier. Un tel environnement de croissance ne laisse aucune place aux échecs de production, au réusinage coûteux, aux produits non conformes et aux problèmes de sécurité.
La numérisation laser 3D, via la technologie de mesure portable sans contact ScanArm et son logiciel d'inspection et d'assurance qualité attitré, continue donc de figurer parmi les outils indispensables d'un ingénieur qualité. Elle lui permet non seulement de garantir qu'une pièce individuelle correspond à son plan ou à sa conception CAO, mais aussi de s'assurer que les machines de presse, de formage et de matriçage chargées de façonner le produit final fonctionnent elles aussi conformément aux spécifications établies. C'est vrai pour l'estampage (le processus de déformation qui traduit la capacité d'un matériau à changer de forme sous l'effet d'une pression élevée sans être détruit) ainsi que pour le forgeage, qui est souvent comparé à de « l'estampage au feu » (à haute température) dans des matrices ouvertes ou fermées.
Faire baisser la « pression »
Grâce à la toute dernière technologie ScanArm, ainsi qu'aux plateaux tournants de numérisation multi-axes, effectuer des mesures de précision n'a jamais été aussi rapide et facile. Son fonctionnement est simple : un bras articulé de mesure de coordonnées (MMT portable) est équipé d'un laser sans contact qui mesure en temps réel les coordonnées X, Y et Z et numérise ces données 3D dans un environnement virtuel. Dans le cas du ScanArm, une bande de numérisation est reflétée par la pièce numérisée vers une caméra qui enregistre les données et génère un nuage de points 3D, c'est-à-dire un modèle numérisé contenant les coordonnées X, Y, Z de toute la surface numérisée.
Ensemble, ces technologies jumelles (le ScanArm/laser et le plateau tournant) et les logiciels (puissants mais simples à utiliser), sont capables de repérer rapidement les caractéristiques des composants qui s'éloignent des conditions nominales (ce qui permet d'effectuer des ajustements rapides de la machine avant que le seuil de non-conformité ne soit dépassé), de contrôler des composants en cours de processus et même de capturer des données de mesure numériques précises pour les pièces de rétro-ingénierie sans plans ou schémas de CAO.
Les solutions matérielles et logicielles dernière génération de métrologie 3D ont considérablement rationalisé le workflow de formage du métal qui était jusqu'alors très lourd, étant donné qu'il reposait essentiellement sur des outils manuels sujets aux erreurs, comme les étriers et les micromètres, pour accomplir des tâches fastidieuses. Enfin, quand elles pouvaient être accomplies. Par nature, l'estampage est une opération complexe en plusieurs étapes, qui permet la création d'une grande diversité de produits, dont beaucoup présentent des géométries « organiques » ou irrégulières qui sont difficiles à mesurer.
Même les MMT fixes ont du mal à être à la hauteur. Contrairement à leurs cousines portables, les MMT fixes sont encombrantes et immobiles ; elles nécessitent une expertise avancée en matière de programmation technique et doivent rester dans des salles de métrologie spécialisées à température contrôlée. Peut-être plus important encore, les MMT fixes ne peuvent pas mesurer les pièces (ou les machines) en cours de fabrication ; les composants fabriqués doivent être transportés jusqu'à elles, ce qui cause des obstacles à l'inspection et entraîne des coûts supplémentaires.
Dans le secteur automobile par exemple, l'estampage est utilisé dans la construction des panneaux de carrosserie, des châssis, des portières et de divers composants de petite taille. La construction des avions requiert, elle aussi, de nombreuses pièces estampées : des composants structurels, des systèmes de production d'oxygène, des enceintes et contenants pour avions militaires, des relais, des commutateurs et des systèmes d'éclairage. Si l'on se penche sur le processus de formage du métal et sur l'utilité de la numérisation laser 3D à chaque étape, il faut s'intéresser aux facteurs suivants :
- Les effets de l'estampage sur la fonctionnalité de la conception : les pièces estampées respectent-elles les tolérances spécifiées dans le modèle de CAO ? Cela vaut pour l'inspection de la première pièce, mais aussi pour les inspections suivantes.
- Les pièces estampées restent-elles dans les limites des spécifications ? Les données du logiciel de numérisation peuvent être transmises à un système de maîtrise statistique des procédés (SPC) qui peut aider à déterminer si les pièces ont tendance à s'écarter des tolérances.
- La matrice produit-elle toujours des pièces selon les mêmes spécifications ? Ou les pièces sont-elles susceptibles de ne plus être conformes à cause de l'usure des outils ? Dans ce cas, il est temps d'effectuer un contrôle des matrices elles-mêmes via la numérisation 3D.
- La sécurité avant tout : la pièce est-elle sûre et fonctionnelle, mais aussi conforme aux exigences nationales ou à celles du secteur ?
- Le délai nécessaire : Gagnez-vous du temps pour la production et le contrôle qualité, et quelle valeur tirez-vous d'un débit plus soutenu avec moins de déchets ?
Un workflow presque magique
Comme illustré précédemment, la numérisation laser 3D peut (et doit) jouer un rôle essentiel dans les processus de formage du métal. À chacune des étapes qui mène à l'achèvement du produit, la numérisation laser peut améliorer considérablement la vitesse et la qualité des mesures prises, aussi bien pour les pièces individuelles que pour les constituants et les machines elles-mêmes.
En quelques mots et sans rentrer dans le détail, voici les étapes du workflow de formage du métal :
Étape 1, Ingénierie : Le processus commence lorsque les ingénieurs concepteurs et les métalliers développent diverses formes et objets (dômes, cônes, demi-sphères, carrés, globes, ovales...). Une fois développés, ils sont utilisés pour fabriquer les matrices qui formeront par la suite le métal.
Étape 2, Approbation et mise en œuvre : Une fois le dessin de produit approuvé et la matrice créée, le processus passe à l'équipe d'estampage du métal. À ce moment-là, le personnel se penche sur l'évaluation des dessins de produits et détermine les processus et équipements d'estampage appropriés.
Étape 3, Travail personnalisé : Une fois que le dessin, la matrice et le plan sont prêts, l'estampage peut commencer. Les outils et les sous-étapes nécessaires dépendent du produit à estamper, ainsi que du matériau utilisé et de la taille de la production.
Étape 4 Assemblage : Il est temps d'assembler les pièces des composants dans le produit estampé. Selon la complexité du produit, cette étape peut nécessiter une fixation, une soudure ou une pliure. Il est essentiel de vérifier la précision de tous les produits une fois l'assemblage terminé. C'est là que les solutions de numérisation laser 3D s'avèrent les plus vitales et aident à rationaliser les coûts tout en renforçant l'efficacité.
Étape 5, Fin : Une fois que l'assemblage est terminé, les produits peuvent être finis par usinage. Il peut s'agir de piquage, de perçage, de sciage, de fraisage, de meulage et même de sablage. L'ajout d'une couche de peinture, d'étanchéité ou d'apprêt complète le processus.
La reprise flamboyante du 3e trimestre
Une fois toutes ces étapes effectuées, l'inspection finale garantit que le produit formé en métal est prêt à être utilisé par le grand public ou par l'industrie et que les revenus sont maximisés grâce à l'augmentation de la production, rendue possible par la réduction des temps d'arrêt des machines et la diminution des coûts liés aux déchets de matériaux.
Selon plusieurs grands économistes, c'est au cours du troisième trimestre de 2021 (qui débute en ce mois-ci de juillet) que le monde commencera à se diriger vers un retour à la normale. Et c'est là que l'économie mondiale commencera à prendre l'élan nécessaire pour atteindre les 6 % de croissance prévus.
Tandis que les consommateurs commencent à dépenser leurs « économies COVID » (Bloomberg Economics estime que les Américains ont gonflé leur épargne de 1 300 milliards de dollars au cours de la pandémie), le moment est venu pour l'industrie du formage des métaux de passer à la vitesse supérieure et de s'assurer que les produits qu'elle a fabriqués, ainsi que les machines qui ont produit ces derniers, fonctionnent dans le respect des tolérances prévues. La meilleure façon d'assurer ce contrôle qualité est d'utiliser des solutions de numérisation laser 3D et les logiciels ad hoc.
Les avantages de la mesure portable n'ont jamais été aussi incontournables.