Aujourd'hui, avec impression 3D, vous pouvez faire presque n'importe quoi en quelques heures. Cependant, s'assurer que la pièce fonctionne de manière fiable prend des semaines, voire des mois.

Jusqu'à maintenant.

Sandia National Laboratories a conçu et construit une cellule de travail à six côtés, semblable à un bureau circulaire, avec un robot commercial en son centre qui effectue des tests à haut débit pour déterminer rapidement les performances et les propriétés de la pièce.

Ils appellent cela flexible, système modulaire et évolutif Alinstante, Espagnol pour "en un instant". Sandia recherche des partenaires de l'industrie pour l'aider à étendre ou à découvrir d'autres utilisations du nouveau système de test robotique.

La technologie permettant d'accélérer la qualification et les tests est le résultat du défi lancé par le scientifique des matériaux de Sandia Brad Boyce au printemps 2015. Boyce travaillait sur un projet financé par la recherche et le développement dirigés par un laboratoire pour améliorer la qualification des pièces personnalisées imprimées en 3D.

« Dans la fabrication traditionnelle des métaux, il y a beaucoup d'expérience et de finesse dans le contrôle des processus pour produire des métaux aux propriétés uniformes. Lorsque nous sommes passés à la fabrication laser, nous avons dû prendre du recul et repenser la qualification, " il a dit.

Boyce avait déjà développé une machine pour les essais de traction à haut débit - tirant sur un objet jusqu'à ce qu'il s'enclenche - mais pour ce projet, il savait qu'il avait besoin d'un outil plus général, solution souple. Il s'est tourné vers le groupe de robotique de Sandia.

« Une fois que nous nous sommes engagés dans l'automatisation, nous avons réalisé que les barrières pouvaient être surmontées, " dit Boyce. " Oui, nous avons investi du temps et de l'argent, mais le vrai défi était de nous sortir de l'état d'esprit du « business as usual » pour comprendre que nous avions besoin d'une solution plus rapide."

Concevoir un modulaire, cellule de travail flexible

Le robot commercial se trouve au centre de la cellule de travail hexagonale avec jusqu'à six postes de travail "pétales" autour de lui. Chaque poste de travail peut avoir un système de test commercial ou personnalisé différent, et les postes de travail peuvent être intervertis et déconnectés en fonction du type de tests nécessaires. Aussi, en raison de la forme hexagonale, plusieurs pétales peuvent être combinés dans une structure en nid d'abeille. Cela permet des transferts de pétale à pétale pour fournir une évolutivité de test presque illimitée.

L'ingénieur mécanicien de Sandia, Ross Burchard, a dirigé la conception de la cellule de travail. En 2016, Burchard et un stagiaire ont exploré de nombreuses configurations physiques différentes avant de s'installer sur la conception des pétales hexagonaux.

« Mon défi était le suivant :comment créer une cellule de travail avec un robot et plusieurs stations de test qui soit également modulaire et évolutive ? » dit Burchard. Une fois la configuration sélectionnée, Burchard et son équipe ont construit la première cellule de travail. Ils ont adapté le matériel disponible dans le commerce dans la mesure du possible pour plus d'efficacité et pour économiser de l'argent.

En plus de construire la plaque de sol hexagonale et le socle du robot commercial, l'équipe a installé des barrières immatérielles de sécurité partout où une personne et le robot peuvent interagir. Les barrières immatérielles sont installées de telle sorte que si une personne pénètre dans la cellule de travail, ou si le bras robotique sort de la cellule de travail, le faisceau lumineux est interrompu et le robot s'arrête automatiquement.

"La sécurité est toujours notre préoccupation n°1, " a déclaré Tim Blada, le roboticien qui dirige la conception de l'interface logicielle. "Chaque ligne de code que nous écrivons, chaque pièce de montage mécanique que nous faisons, est toujours la sécurité d'abord. « Comment est-ce sûr ? Puis-je le faire sans risquer de me blesser ?'"

Rapide, tests automatisés avec une interface utilisateur modulaire facile à utiliser

A la fin de l'été, Blada espère avoir une interface utilisateur qui permettra à un non-expert de placer ses pièces sur un plateau dans le rack de pièces, sélectionnez quelques tests et obtenez leurs données automatiquement. L'architecture logicielle doit également être modulaire afin que de nouveaux modules et tests puissent être ajoutés facilement, il a dit.

Le prototype de cellule de travail Alinstante ne dispose que de deux stations de test et d'un rack où les utilisateurs peuvent placer leurs pièces. La première station est un scanner à lumière structurée standard qui peut convertir un scan en un modèle 3D pour une comparaison quantitative directe avec la conception originale prévue. La deuxième station est un bâti de charge pour tester les propriétés physiques, tels que les essais de traction et de compression, qui pousse sur un objet jusqu'à ce qu'il craque.

Prochain, l'équipe souhaite ajouter un spectromètre à claquage induit par laser à Alinstante, dit Burchard. Ce test serait particulièrement utile pour déterminer la cohérence d'un lot à l'autre dans la composition chimique des pièces d'une manière minimalement destructive.

" Sandia a des laboratoires d'essais qui peuvent effectuer tous ces tests, cependant il faut quelques semaines pour programmer chacun d'eux, ce qui peut ajouter jusqu'à un ou deux mois de tests. Alinstante peut réduire la charge de planification pour les tests, accélérer considérablement le délai d'exécution, " a déclaré Burchard. Alinstante réduit également le risque d'erreur humaine et produit des données plus cohérentes et reproductibles que les testeurs humains.

« Gratter la surface » des tests de prototypes et de la découverte de matériaux

"À l'heure actuelle, Alinstante ne fait qu'effleurer la surface de ce que cela pourrait être, " a déclaré Boyce. " Nous pourrions intégrer l'imprimante, systèmes de traitement, tels qu'un four de traitement thermique ou un broyeur, et de nombreux autres tests de post-traitement."

tomographie aux rayons X, les tests de corrosion et les mesures de densité ne sont que quelques exemples des tests que l'équipe souhaite ajouter à Alinstante.

Blada a ajouté, « Alinstante peut être utilisé pour le prototypage rapide ou pour la fabrication en petits lots. Cela serait utile pour toute petite entreprise ou industrie où elles fabriquent des pièces en petits lots et doivent les tester ou même les emballer. »

L'équipe d'Alinstante recherche des partenaires pour accompagner le développement de nouveaux modules qui répondraient à ses tests rapides, besoins de prototypage ou de recherche et développement, dirent Boyce et Blada.

En tant que roboticien, Blada a hâte de mettre l'endurance d'Alinstante à l'épreuve. "En théorie, vous pourriez exécuter cette chose pour toujours, si vous aviez assez de pièces, " il a dit.

En tant que scientifique des matériaux, Boyce est impatient de pouvoir utiliser Alinstante pour la découverte rapide de matériaux et pour des avancées fondamentales en termes de performances et de fiabilité des alliages.

Mais avant même que cette vision ne devienne réalité, Alinstante peut offrir des avantages importants. Boyce a dit, "Vendredi après-midi, vous dites à l'imprimante 3D 'Je veux que vous imprimiez cette partie de 10 manières différentes, puis que vous alliez tester chacune d'elles.' Vous revenez lundi matin et Alinstante vous dit quel processus a été le meilleur. Laissez le robot faire tout le travail de logistique et sortez l'humain de la boucle, sauf pour prendre les décisions d'ingénierie importantes.