Comment l'impression 3D SLS a permis de produire en série un robot de livraison de nourriture en six mois

Rice Robotics, également une société basée à Hong Kong, conçoit et fabrique des systèmes robotiques destinés à la livraison de produits alimentaires, à la désinfection et à l'inspection. Bien que leurs conceptions innovantes aient été déployées en petites quantités, lorsque Rice a commencé à chercher des solutions pour la production de masse, elle s'est heurtée à quelques problèmes. 

Le contrôle de la qualité, les problèmes de communication entre Rice et son ancien grand fabricant sous contrat et les différences entre la conception prévue et les produits moulés finaux ont tous influencé la décision de Rice de rechercher un partenaire hongkongais qui pourrait travailler avec eux. Seul hic : les délais devenaient serrés et le nouveau fabricant ne disposait que de six mois pour passer de la conception à la production en série.

Avec seulement une demi-année pour faire passer le produit de Rice de la conception à la production, Savewo savait qu'un processus de développement de produit traditionnel n'était pas possible. Ils ont tiré parti de leur parc d'imprimantes SLS de la série Fuse à chaque étape du développement et de la production, de la conception itérative aux tests fonctionnels, en passant par les composants finaux dans les robots de série.

Pour de nombreuses entreprises de robotique à Hong Kong et en Chine, les sous-traitants de moulage par injection sont très proches et très avantageux. Dans ces pays, le moulage par injection avec des outils de production usinés est également une option pour les prototypes dans le cadre du développement itératif. Avec un calendrier aussi serré, Savewo savait qu'il n'y avait qu'une seule solution efficace envisageable : l'impression 3D. Leurs quatre imprimantes Fuse 1+ 30W leur ont permis d'imprimer 24/7, jour et nuit.

Une fois que Savewo a décidé de s'engager dans l'impression 3D SLS, un ensemble de nouvelles possibilités s'est ouvert. Les imprimantes SLS de la série Fuse sont dotées de lits de poudre autoportants, ce qui permet de produire des pièces présentant des surplombs, des contre-dépouilles, des canaux internes ou d'autres caractéristiques de conception qui rendent les méthodes de fabrication traditionnelles coûteuses et difficiles. 

Grâce à l'impression 3D, Savewo a non seulement pu effectuer des révisions du jour au lendemain, mais l'entreprise a également pu élargir la portée et la fonctionnalité des composants du robot grâce à des designs innovants et organiques. « Certaines conceptions de pièces qui ne peuvent pas être produites à faible coût par les méthodes de fabrication traditionnelles peuvent désormais être réalisées facilement et avec précision grâce à l'impression 3D SLS », a déclaré M. Zhong, ingénieur mécanicien principal de la R&D chez Savewo.

L'un des principaux problèmes rencontrés par Rice avec son ancien fournisseur était le manque d'uniformité entre les conceptions, les prototypes, les tests bêta et les pièces moulées finales. Il y avait un manque de précision entre ces étapes en raison du nombre de technologies différentes utilisées et du manque de communication claire de la part du fabricant. En outre, tout au long du processus de conception, les pièces ont dû être légèrement modifiées pour tenir compte de la chaleur, du temps et de la dilatation qui se produisent au cours du processus de moulage par injection, ce qui a entraîné des différences entre la conception prévue et les pièces finales.

Savewo était plus petite et offrait des canaux de communication clairs et ouverts. L'équipe d'ingénieurs de Rice pouvait ainsi mieux faire passer ses exigences et s'impliquer autant que nécessaire dans le processus d'impression. Les pièces pouvaient être facilement modifiées pour la fabrication additive puisque Rice avait un accès très facile aux moyens de production : les imprimantes Fuse. De plus, Rice n'a pas eu à tenir compte des considérations de conception pour le moulage, de sorte que la conception des pièces a pu rester cohérente à chaque étape du processus, depuis les prototypes imprimés en 3D jusqu'aux pièces finales.

Un grand nombre de ces pièces finales sont imprimées sur les imprimantes de la série Fuse. La résistance et la durabilité des pièces en Nylon 12 Powder les rendent idéales pour les applications robustes telles que la robotique. Le nylon est un matériau courant en ingénierie, et ses propriétés sont bien connues. Rice ne pouvait qu'espérer que Savewo parvienne à produire leurs produits en série. En revanche, il n'y avait aucun doute que les pièces finales en nylon se comporteraient comme des plastiques moulés par injection.  

La robotique nécessite de nombreux assemblages fonctionnels, avec de multiples composants qui s'emboîtent grâce à des articulations fonctionnelles ou des charnières fixées. L'impression 3D n'a pas toujours été en mesure de créer des pièces suffisamment solides pour résister aux tractions, pressions, couples et frottements constants d'un assemblage, mais les pièces imprimées par SLS le peuvent. Les pièces en Nylon 12 Powder imprimées sur la Fuse 1+ 30W peuvent être imprimées avec des filetages prédéfinis ou être taraudées avec des vis thermo-insérées. 

Savewo a tiré parti de cette capacité pour assembler de nombreuses pièces, prouvant ainsi la polyvalence de la méthode de fabrication et du matériau. « Nylon 12 Powder présente une dureté et une ténacité suffisantes, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques. La plupart de nos pièces imprimées en 3D sont filetées. Lorsque l'on utilise Nylon 12 Powder pour imprimer directement des pièces, il n'est plus nécessaire de serrer ou de desserrer les vis à plusieurs reprises », a déclaré M. Chen, directeur de la recherche et du développement de Savewo.

Dans le cas du Rice 2, un robot de livraison de nourriture d'intérieur, les pièces de connexion de l'armature et du boîtier ont été imprimées avec la Fuse 1+ 30W. Ces connecteurs doivent résister aux vibrations constantes que le robot produit lorsqu'il « marche », car ils stabilisent le squelette et la coque. La flexibilité de Nylon 12 Powder la rend idéale pour ce type de composants stabilisants. Les autres pièces finales SLS du Rice 2 sont le module d'atomisation avec la carte de circuit imprimé, le ventilateur et la boucle, l'évent, et la suspension du système de processeur et d'amortissement des chocs.

L'usine interne de Savewo, dotée de quatre imprimantes SLS Fuse 1+ 30W et d'une station de post-traitement Fuse Sift, est capable de produire suffisamment de pièces finales pour fabriquer 50 robots Rice 2 par semaine. Mais ce n'est pas tout : l'impression 3D avec la Fuse 1+ 30W offre des possibilités d'optimisation continue et évite d'avoir à retravailler des outils de moulage coûteux.

S'ils avaient dû travailler avec le modèle d'usine traditionnel et utiliser des moules à injection pour la production, ce qui implique une planification, une vérification, une modification et d'autres étapes, les délais auraient été de 45 à 60 jours pour chaque pièce et chaque modification. Pour ce projet, ces longs délais et les coûts élevés représentaient un risque inacceptable. 

L'équipe d'ingénieurs de Savewo divise le produit en facteurs sûrs et incertains. Pour les grandes pièces dont la certitude est élevée dans le Rice 2, ils ont conçu des moules et utilisé la fabrication traditionnelle par moulage par injection, tandis que l'impression 3D a été utilisée pour les pièces incertaines qui nécessiteraient probablement de nombreuses modifications tout au long du développement.

À Hong Kong, l'immobilier est cher et les bâtiments et les entreprises sont construits en hauteur et non en largeur. La taille et l'échelle des imprimantes de la série Fuse permettent à Savewo d'augmenter sa production sans avoir à changer d'installations ou à investir massivement dans une surface plus grande. Après avoir acheté leur première machine, ils en ont rapidement ajouté trois autres pour augmenter leur production. Avec quatre imprimantes Fuse 1+ 30W et une Fuse Sift, leurs équipes de R&D et de fabrication peuvent passer rapidement et efficacement par chaque étape du processus de conception. 

L'ensemble du processus, de la conception révisée à la production de masse du Rice 2, a aidé Savewo non seulement à gagner la confiance de ses clients en ses capacités de fabrication hybride, mais aussi à s'établir comme une entreprise innovante de premier plan à Hong Kong. « Nous espérons que Savewo pourra devenir le berceau de l'innovation et de la technologie à Hong Kong et promouvoir le développement de l'industrie 4.0 de Hong Kong. En fin de compte, nous espérons que SAVEWO pourra rendre les cartes de visite fabriquées à Hong Kong à nouveau célèbres à l'étranger », déclare M. Ding, PDG de Savewo.

Les imprimantes Fuse 1+ 30W peuvent aider les petites entreprises à accomplir de grandes choses. Le système SLS abordable de Formlabs offre un flux de travail accessible et facile à utiliser, une gamme de matériaux fiable et familière, ainsi que les tolérances et la précision des pièces moulées par injection. Savewo a exploité l'évolutivité de ces machines pour se démarquer dans un marché hautement concurrentiel et saturé. 

Pour en savoir plus sur la série Fuse, contactez notre équipe pour discuter de la manière dont vous pouvez tirer parti de l'impression 3D SLS pour le développement et la production de produits dans votre entreprise.