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Impression 3D de métal sans structures de support

HS Automation a développé, en collaboration avec KUKA, une cellule laser pour la fabrication additive de métal. Le procédé de soudage au laser avec le KR IONTEC permet une fabrication économique et respectueuse des matériaux de pièces métalliques complexes.


Robot KUKA révolutionne la fabrication additive de métaux pour structures complexes

Les défis de l’industrie métallurgique sont de plus en plus importants : Avec un nouveau type d’impression 3D de métal dans une cellule d’automatisation modulaire, HS Automation et KUKA posent de nouveaux jalons. L’imprimante 3D métal combine des robots de la famille KR IONTEC avec une table tournante / basculante qui se déplace de manière synchrone avec le bras du robot en fonction des spécifications de la pièce. Six lasers de soudage placés à l’extrémité de la tête d’impression de Meltio font fondre avec précision le fil alimenté sur le matériau support ou la pièce en cours de fabrication. La pièce finie n’a pas besoin d’être retouchée, ou seulement de manière minimale. Les concepteurs d’installations obtiennent, grâce à la collaboration, un minimum de déchets de matériaux et de faibles coûts de fabrication avec des possibilités de conception presque illimitées. Cette technologie permet de créer des outils, des pièces et des formes libres présentant les caractéristiques matérielles de l’acier inoxydable, du titane, de l’inconel et de l’acier de construction. L’impression 3D de cuivre sera également bientôt possible, selon les experts.
Cela permet également l’impression en 3D de constructions bioniques et de structures complexes, telles qu’elles sont utilisées dans la construction légère et la construction de prototypes. Les PME bénéficient d’une production rapide de pièces de rechange et d’une économie d’énergie et de matériaux. L’utilisation de solutions logicielles innovantes telles que KUKA.CNC rend la technologie encore plus attrayante pour les petites et moyennes entreprises. Grâce à KUKA.CNC, les structures qui ont été conçues auparavant par un logiciel CAO ou un système CAM peuvent être parcourues directement - sans devoir convertir le fichier CAO en KUKA Robot Language (KRL).
Le prestataire de services d’automatisation HS Automation est basé à Vöhringen, dans le Bade-Wurtemberg, et travaille avec KUKA depuis 2017.

Impression 3D de métal avec le KR IONTEC et la table tournante / basculante de KUKA

Un procédé d’impression 3D innovant pour le métal permet d’économiser des matériaux et de produire des pièces complexes à moindre coût.

Comment fonctionne l’impression 3D pour le métal avec les robots KUKA ?

Dans le domaine de la fabrication additive de métal, les innovations se succèdent à un rythme effréné. L’objectif est de produire de manière rentable dès la première taille de lot, de réduire la consommation de matériaux, mais aussi de réduire la durée d’usinage ultérieur. L’expert en automatisation HS Automation répond à ces exigences de la fabrication moderne dans le domaine de l’industrie métallurgique grâce à la cellule de soudage au laser 3D. L’imprimante 3D soude couche par couche sur un porte-pièce. 
La technologie de fabrication additive profite de la mobilité du robot et de la table basculante dans l’espace.
Contrairement au frittage laser, le support ne s’abaisse pas, mais le bras du robot déplace le laser de manière synchrone par rapport à la table tournante / basculante sur laquelle le support est monté. Le DKP-400 V2, également développé par KUKA, place la pièce de manière à ce que la tête d’impression puisse toujours souder un nouveau matériau au bon endroit. Couche après couche, l’objet 3D préalablement conçu se développe. Les structures de support utilisées dans l’impression 3D de métal traditionnelle deviennent ainsi obsolètes - de même que la gestion de la poudre, comme c’est le cas avec d’autres imprimantes laser 3D ou avec le frittage laser de métal. Une autre différence est la dimension des pièces produites : les applications courantes ont une taille limitée d’environ 50 cm sur 50 cm. La technologie de HS Automation produit également des pièces de grande taille.
Le laser du système d’impression 3D de métal dépose des couches de 2 mm d’épaisseur.

Opportunités et possibilités de l’impression 3D de métal

L’utilisation du robot à mesure absolue garantit la précision qui distingue l’application d’impression de métal de la concurrence existante. « Avec la solution robotique, nous élargissons énormément les possibilités de fabrication », déclare Rolf Steidinger, directeur général ainsi que directeur commercial de HS Automation, au sujet du potentiel de l’imprimante 3D pour métal. Le procédé résout par exemple les problèmes de pièces de rechange car les composants qui ne sont plus disponibles peuvent être produits en interne.

Dès qu’une pièce ne peut pas être fabriquée de manière conventionnelle, l’utilisation de cet appareil est indispensable.

Rolf Steidinger, directeur général de HS Automation
Pour les pièces pouvant être finies de manière conventionnelle, le procédé convainc par des coûts réduits et une productivité quatre fois plus élevée. Le rechargement par soudage au laser réduit à la fois la quantité de matériau nécessaire et la durée d’usinage ultérieur par rapport au fraisage ou au tournage à partir d’un bloc de métal complet. Le potentiel d’économie représente ici jusqu’à 98 pour cent du matériau. Ces atouts font surtout leurs preuves dans la construction d’outils, la construction d’installations spéciales ou la fabrication de prototypes. La fabrication, les tests et l’optimisation de composants optimisés en termes de flux, des centrales éoliennes, par exemple, sont ainsi immensément accélérés.
Le directeur général et commercial Rolf Steidinger considère que la technologie de l’impression 3D de métal a un énorme potentiel.

Avantages de la fabrication additive pour le métal

La combinaison innovante d’un robot, d’une table basculante et d’une tête d’impression laser établit de nouvelles normes en matière d’impression 3D de métal.
  • Utilisation efficace des matériaux

    Les déchets métalliques sont réduits de manière drastique par rapport au fraisage. L’impression 3D fonctionne sans structures de support ni poudre métallique.
  • Rentable et durable

    Le procédé convainc par une productivité quatre fois plus élevée et une économie de coûts de 90% par rapport à la fabrication conventionnelle.

  • Une liberté de conception maximale

    La fabrication additive de métaux est particulièrement rentable lorsque des structures complexes ou des objets à double paroi sont requis.
  • Microstructure optimale

    L’imprimante 3D pour métal construit des objets avec une épaisseur de 2 mm. L’appareil fabrique également des pièces massives en métal ou en alliage.
Les robots utilisés pour l’impression 3D de métal travaillent dans une cellule laser qui mesure 5 mètres sur 4 sur 4.

Impression 3D de métal pour les secteurs d’avenir : électromobilité et technique médicale

La précision du rechargement par soudage au laser robotisé fait l’application bien connue de l’impression de métal à un niveau supérieur. Le système de robot est par exemple capable de fabriquer des objets à double paroi, tels que des pièces avec des canaux de refroidissement internes. La tête d’impression, équipée de six lasers de 200 watts, traite non seulement l’impression de matériaux individuels, mais aussi deux matériaux métalliques différents dans une seule pièce d’impression.
« Presque tous les matériaux peuvent être traités : acier inoxydable, titane, aciers à outils, alliages de nickel. Meltio, notre partenaire laser, travaille actuellement sur l’impression du cuivre. L’utilisation pour des projets d’électromobilité est donc à portée de main », pronostique Marc Steidinger.
Marc Steidinger, le directeur général (à gauche), vérifie la qualité de l’impression 3D de métal avec son collaborateur Lukas Nill.
Le directeur de HS Automation, responsable de la direction technique du projet, prévoit des domaines d’application, en particulier dans les domaines de la production de pièces de rechange, du développement de séries et de la technique médicale. Dans le domaine de la construction de prototypes, les utilisateurs profitent de l’adaptation entièrement flexible des paramètres d’impression. Les prothèses du genou en titane et autres implants médicaux seront à l’avenir adaptés individuellement au patient grâce à l’impression 3D de métal.

Utiliser les synergies : HS Automation est intégrateur partenaire de KUKA depuis 2017

Avec ses quelque 20 collaborateurs, HS Automation a pour objectif de rendre l’automatisation productive pour d’autres petites et moyennes entreprises (PME). Rolf Steidinger considère l’entreprise comme le partenaire d’une classe moyenne allemande plus performante et plus durable : « Nous aidons certains de nos clients à automatiser leur production depuis 24 ans déjà. Ensemble, nous développons en permanence des solutions d’avenir à la pointe de la technologie. »

Dans le cadre du partenariat avec KUKA existant depuis 2017, les deux entreprises utilisent leurs atouts mutuels de manière profitable et axée vers les solutions : accès direct aux défis pratiques, savoir-faire spécifique à la branche, outils de la KUKA Robotic Republic et grande expérience en matière d’applications. Les experts de HS Automation conçoivent et construisent des lignes de production complètes - du chargement des machines, la mémorisation des dimensions et la découpe au vissage ou au clouage en passant par le sciage automatisé. Mais ils réalisent également des projets individuels tels que des cellules de soudage par points. Avant la mise en service, HS Automation utilise également des produits KUKA tels que KUKA.Sim afin d’assurer le succès du projet. Les experts planifient ainsi à l’avance les dimensions de l’espace, les angles de déplacement et les zones de sécurité de l’installation.

Les directeurs Marc et Rolf Steidinger ouvrent de nouvelles perspectives de fabrication, notamment pour les PME, grâce à l’imprimante 3D pour métal.

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