Cobotique & impression 3D : quand l'industrie 4.0 livre tout son potentiel

Cantonnée pendant un temps au simple prototypage rapide, l’impression 3D - ou fabrication additive - a le vent en poupe. Elle s’immisce aujourd’hui dans les process de production des usines françaises. La simplicité de sa mise en œuvre et de son opérabilité au quotidien, associée aux faibles coûts qu’elle engendre, en font l’une des technologies de l’Industrie 4.0 répondant parfaitement aux nombreux défis de l’industrie.

L'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, consiste à produire des pièces et des objets en superposant des couches de matériau à l'aide de méthodes telles que le filament (modélisation par dépôt en fusion), la poudre (frittage) ou les résines (stéréolithographie).

Pour fabriquer un produit, l’impression 3D nécessite moins de la moitié de la quantité de matière que d'autres formes de production telles que l'usinage. Cela se traduit par les économies de poids d’une part. Mais aussi de coût, et ce grâce à l'agilité avec laquelle il est possible de produire de nouvelles pièces à la demande et à la capacité de produire des formes complexes en interne.

Les applications professionnelles de l’impression 3D industrielle sont nombreuses. De la phase d’innovation à la phase de développement d’un projet, en passant par la phase de conception, la fabrication additive se positionne comme une technologie de rupture. En effet, outre la rapidité, la flexibilité et la liberté des formes qu’offre l’impression 3D, cet outil permet également de réduire les coûts de manière significative. Il est également envisageable de revoir certaines étapes de la supply chain (stockage, approvisionnement, distribution, etc.) en faisant recours à un seul technicien ou à un seul appareil comme un robot collaboratif.

D'un côté, la liberté de mouvement, la précision et la répétabilité des robots collaboratifs sont des caractéristiques idéales pour tracer les lignes géométriques tridimensionnelles qui permettront la fabrication additive de pièces comportant des couches de composites, de bois, de métal ou de céramique. Les robots peuvent également aider les imprimantes 3D en chargeant et déchargeant le matériel.

D'un autre côté, l'impression 3D est un moyen rapide et peu coûteux de fabriquer des composants très légers pour les robots, tels que les pinces qu'ils utiliseront dans des applications comme le pick & place.

Que ça soit à l’étape de prototypage ou de production finale, la combinaison entre les deux technologies offre aux industriels de nouvelles façons de travailler. Par exemple, dans l’univers de l’industrie manufacturière, la fabrication additive permet de réduire grandement le temps de mise sur le marché des produits. Ainsi, il est facile de produire rapidement et de personnaliser de petites et moyennes séries d’articles, qui après la création des prototypes fonctionnels et la réalisation des tests, peuvent être maniés par les cobots.

La cobotique et l’impression 3D pour répondre rapidement à la hausse de la demande

Pour découvrir le fruit de l'union entre les cobots et la fabrication additive, nous pouvons nous rendre dans le département d’Indre-et-Loire à Parçay-Meslay, où la société Vlad a réussi à tripler sa production de batteries pour respirateur, en intégrant cinq cobots à sa chaîne de production. L’ensemble des outillages des robots est produit par la PME avec l’aide d’une imprimante 3D.

« Sur la totalité des postes automatisés, l’impression 3D nous dispense d’utiliser des moules d’injection qui sont très couteux », explique Jean-Louis Jarry, président de Vlad. « La démarche d’automatisation collaborative, couplée à l’impression 3D, que nous avions entamée juste avant la crise sanitaire ne détruit pas des emplois. Elle les préserve. C'est ce qui nous a permis de ne jamais arrêter l'usine et de continuer à fournir les industriels des respirateurs notamment ».

Cette rapidité et cette simplicité se traduisent par la capacité d'un fabricant à s'adapter rapidement aux besoins de ses clients, notamment sur la personnalisation, au point de pouvoir fournir des solutions à la demande en un temps record.

Tous ces avantages offrent des perspectives passionnantes aux personnes désireuses d’évoluer dans cette transformation numérique et industrielle. Parce que ces technologies seront celles qu’opéreront les futurs employés de l’industrie, Universal Robots noue des partenariats avec les écoles et centres de formation afin de leur fournir un programme complet et un Kit Éducation, notamment composé d’un cobot. C’est ainsi que certains établissements font entrer des cobots dans leur salle de classe afin de former leurs étudiants aux technologies de l’Industrie 4.0, cobotique et impression 3D en tête, et parfois ensemble !

C’est ainsi que l’IUT d’Amiens a misé sur la cobotique pour faire de l’impression 3D. Depuis quelques années, l’école sensibilise ses étudiants à la cobotique et les forme à ces technologies dites « 4.0 », dans un monde où l’industrie est en recherche perpétuelle de techniciens - pour maintenir et faire évoluer les systèmes robotiques - et d’ingénieurs - notamment pour les créer et les concevoir. Déjà en possession d’un cobot UR10e d’Universal Robots, l’école a récemment investi dans trois cobot UR3 - de plus petite taille - pour offrir, dès la première année de formation, aux étudiants une première approche de la robotique collaborative.

Avec l’aide d’un UR10e, les apprenants peuvent s’essayer à l’impression 3D de grosses pièces grâce à son grand rayon d’action de 1 300 millimètres. Disposé sur un plan de travail à la même hauteur que la base du robot, il offre une possibilité d’augmenter la taille des pièces. Si celui-ci, disposé au centre de l’atelier, est pour le moment utilisé par les enseignants dans leur laboratoire de recherche, il permet de présenter une belle vitrine au sein de l’IUT, ce qui suscite beaucoup d’attention de la part des étudiants souhaitant se former concrètement aux cobots.

La polyvalence des cobots fait que les élèves peuvent s’instruire sur une grande variété d’applications, et obtiennent des compétences pratiques de programmation de robot, pour de nombreuses tâches industrielles, telles que la supervision de machines ou l’impression 3D de pièces.

Finalement, nous le constatons, la cobotique et la fabrication additive sont des atouts phares et renforcent de manière significative une Industrie 4.0 française forte et en plein essor. D’un côté avec les cobots, capables d’opérer sur une grande diversité de tâches et dans des espaces de travail variés. Véritables substituts de confort, ils libèrent ainsi les employés des tâches répétitives (packaging, soudage, pick & place…) et permettent à ces derniers de se concentrer davantage sur des activités plus valorisantes et d’effectuer leur travail avec plus de sécurité.

De l’autre, l’impression 3D et ses possibilités sans limite qui permettent de tester des innovations très rapidement et surtout à moindre coût. Et notamment de contribuer à trouver et tester de nouveaux accessoires pour nos bras robotisés ouvrant la voie à la création de nouvelles applications.