Les fabricants doivent généralement proposer des produits de haute qualité à bas prix afin de rester compétitifs. Trois instituts Fraunhofer travaillent donc sur la prochaine génération de robots industriels qui faciliteront des processus de production rentables. Les chercheurs se concentrent sur le développement d'une nouvelle cinématique pour le fraisage de matériaux légers, métaux, et aciers. L'objectif :atteindre une tolérance de production de seulement 0,1 millimètre sur tout l'espace de travail du robot en commençant par le tout premier composant.

De plus en plus de consommateurs exigent du sur-mesure, Produits personnalisés. L'outil de production de demain devra être performant et polyvalent pour espérer répondre aux exigences de plus en plus pointues et aux besoins spécifiques de chaque client, tout en maîtrisant la pression de la hausse des coûts. Les machines-outils de haute précision qui confèrent une certaine forme géométrique aux pièces restent la solution de choix. Les robots industriels conventionnels ont tout simplement été incapables, en raison de leur précision insuffisante, supplanter ces machines-outils. L'utilisation de robots pour les opérations de fraisage reste particulièrement difficile. En raison principalement des réducteurs, la faible rigidité du robot dévie l'outil, ce qui réduit son attrait pour l'utilisation. En effet, le personnel de production doit respecter des tolérances de production extrêmement strictes à chaque fois qu'il usine des matériaux légers, tels que l'aluminium ou le plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP), ainsi que les métaux, et aciers.

Fabrication sur mesure, même pour une taille de lot d'un

Les chercheurs travaillant sur le projet de recherche commun "Flexmatik 4.1" de Fraunhofer (voir encadré) développent un robot industriel conçu pour le fraisage de haute précision de matériaux légers. Les partenaires du projet sont les instituts Fraunhofer pour les systèmes de production et la technologie de conception IPK, pour la Technologie de Fabrication et les Matériaux Avancés IFAM, et pour la durabilité structurelle et la fiabilité du système LBF. Les chercheurs doivent revoir la cinématique pour que le robot réussisse. Sascha Reinkober, chef de service chez Fraunhofer IPK, explique : « Nous développons une chaîne cinématique multiaxes spécialement conçue pour les processus à chemin continu. » Le robot procède du point A au point B de la pièce en cours d'usinage en parcourant une unité linéaire, un type de rail. « Les simulations du système que nous avons menées lors de la phase de conception indiquent que nous pouvons atteindre un objectif de précision de plus/moins 0,1 millimètre. Cela sera possible dès le tout premier composant, malgré les forces du processus agissant sur elle. Les fabricants peuvent ainsi personnaliser la production, même pour une taille de lot d'une seule unité, " dit Jan Hansmann, chef de projet chez Fraunhofer LBF. "Sous l'exposition des forces de processus, le robot s'éloignera beaucoup moins de sa trajectoire cible programmée. Le robot peut ainsi percer un trou à l'endroit prévu du composant avec une précision bien supérieure, par exemple."

Pour assurer une haute précision, l'équipe de chercheurs développe un nouveau concept d'entraînement pour les axes individuels. Des entraînements partiellement directs sont utilisés, qui sont considérablement plus rigides pendant le fonctionnement que les réducteurs de haute technologie d'aujourd'hui. Et une nouvelle stratégie de contrôle du climat minimise l'imprécision due aux fluctuations de température. Le robot est également équipé d'une commande cnc pour machines-outils. Enfin et surtout, le nouveau Flexmatik dispose d'un système de contrôle actif des vibrations.

Le robot de conception nouvelle offre des avantages clés par rapport aux machines-outils :le coût d'acquisition est multiplié par 10 et la consommation d'énergie jusqu'à 15. Grâce à son unité linéaire, la Flexmatik présente un espace de travail comparable à celui des grandes fraiseuses à portique – et une meilleure accessibilité. Par rapport à une fraiseuse à portique, le Flexmatik ne nécessite pas de fondation lourde spéciale. Cela permet de réduire les coûts de construction et d'offrir aux utilisateurs une flexibilité de configuration. Les chercheurs de Fraunhofer veulent terminer un prototype fonctionnel d'ici la fin de 2018.

Leur robot de fraisage innovant peut gérer une large gamme d'applications - y compris l'usinage de grandes structures CFRP telles que les fuselages, le fraisage de composants pour turbines à gaz, et le remodelage des outils de presse. « La Flexmatik est un choix approprié pour de nombreuses applications dans pratiquement tous les secteurs qui utilisent des machines-outils. Mais il ne s'agit pas de remplacer les machines-outils. La Flexmatik peut plutôt être un complément utile qui partage les charges de travail. L'objectif ultime est de rendre les processus de production plus coûteux. efficace, " souligne Sven Philipp von Stürmer, chef de projet chez Fraunhofer IFAM.