Tri automatique des pièces de tôle : Must-have ou tombeau d'investissement ?
L'investissement type pour une installation de tri entièrement automatisée se situe entre 400 000 et un million d'euros. Une somme qui, à juste titre, interpelle les entreprises du secteur de la transformation de la tôle. Et pourtant, la question se pose : le tri automatique est-il une nécessité inévitable compte tenu de la pénurie de main-d'œuvre qualifiée et de la concurrence croissante, ou ce projet d'envergure risque-t-il de devenir un gouffre financier si les conditions préalables et les attentes ne sont pas réunies ?
La situation de départ est la même pour de nombreux centres de découpe laser automatisés. Le changement de tôle sur la machine de découpe laser est automatisé - idéalement en combinaison avec un magasin de tôles -, mais l'absorption qui s'ensuit reste fermement entre les mains de l'homme.
Dull, Dirty, Dangerous : la réalité de l'absorption manuelle
Le tri manuel est une activité physiquement exigeante, monotone et sale, avec un risque de blessure non négligeable. Les pièces de tôle découpées doivent être séparées de la grille résiduelle, triées et empilées. Il n'est pas rare que des outils de frappe et de séparation soient utilisés à cet effet. "Dull, Dirty, Dangerous" - c'est ainsi que l'on décrit en robotique ces activités qui sont prédestinées à l'automatisation.
Les besoins en personnel sont également considérables : plus les plans de coupe sont complexes et plus les pièces de tôle sont grandes et lourdes, plus il faut y consacrer du temps et de la force musculaire. Dans les entreprises disposant d'au moins deux machines laser, cela signifie souvent qu'un opérateur est responsable de deux lasers et qu'en même temps, une ou deux autres personnes par équipe sont exclusivement chargées de l'absorption et du déplacement des matériaux.
Avant de franchir le pas de l'automatisation complète, il existe différentes possibilités de faciliter le tri manuel et de le rendre plus efficace.
Systèmes de convoyeurs à bande : l'une des options les plus populaires est l'utilisation d'un système de convoyeurs à bande. L'automatisation laser place la tôle découpée sur le convoyeur et l'opérateur amène les pièces une à une. La hauteur de travail peut être ajustée afin que l'opérateur ne doive pas se pencher trop loin. Cet avantage est particulièrement appréciable pour les petites pièces reliées entre elles par des micro-barrettes, car plusieurs manipulations sont de toute façon nécessaires pour les séparer et il est utile que les pièces soient transportées près de l'opérateur.
Stations de tri décentralisées et AGV : une autre option consiste à séparer physiquement la machine de découpe et le tri. Un entrepôt de tôles suffisamment dimensionné, dans lequel il est possible de stocker temporairement non seulement les tôles brutes mais aussi les feuilles de tôle découpées, constitue un centre de distribution central. Une station séparée dans l'entrepôt de tôles facilite l'accès à la tôle de tous les côtés. Il devient également possible de faire des équipes de nuit avec peu de personnel. L'absorption manuelle peut ainsi être concentrée sur l'équipe de jour et les temps de production des lasers sont exploités au maximum. La découpe laser et l'absorption peuvent ainsi être découplées non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps. En alternative, des chariots élévateurs ou même des AGV peuvent transporter les tôles découpées de manière flexible à travers le hall - l'exploitant est alors totalement libre de choisir le lieu d'absorption.
Prélèvement semi-automatisé de grandes pièces : l'absorption semi-automatisée, par exemple avec l'automatisation LaserFLEX, offre une voie médiane élégante. Ce système, qui se charge en fait du chargement et du déchargement de tôles entières au laser, permet de prélever de manière ciblée des tôles lourdes et encombrantes du plan de coupe. Celles-ci peuvent être remises en stock en tant que tôles résiduelles ou directement palettisées. L'avantage : aucun investissement supplémentaire n'est nécessaire, car l'automatisation existante est également utilisée et le tri manuel est limité aux petites pièces.
L'assurance qualité comme argument en faveur des processus manuels
Il serait toutefois réducteur de considérer le tri manuel uniquement comme un facteur de coût. C'est justement lors du traitement de matériaux de haute qualité comme l'acier inoxydable que le contrôle visuel manuel constitue une véritable valeur ajoutée, car la surface de coupe et la surface du matériau peuvent être évaluées directement. Si l'on souhaite automatiser complètement le tri, il faut prévoir cet aspect de l'assurance qualité dans le processus global.
Aujourd'hui, presque tous les grands fabricants de machines de découpe laser ainsi que des spécialistes indépendants comme Remmert, Starmatik et Isochronic proposent des solutions d'automatisation des pièces. Dans cette application, les robots cartésiens (également appelés robots à portique) se sont imposés. Grâce à des axes linéaires, une à quatre têtes d'outils se déplacent au-dessus de la tôle découpée et, à l'aide d'effecteurs de fin de course à vide ou magnétiques, piochent une pièce de tôle après l'autre dans le plan de coupe. Plusieurs têtes permettent, d'une part, d'absorber plus rapidement les petites pièces et, d'autre part, de favoriser la prise de pièces grandes et lourdes grâce à un "travail de groupe" dans lequel plusieurs têtes sont synchronisées. Les systèmes à tête unique, comme ceux d'Amada ou de Remmert, utilisent une seule tête avec une matrice d'aspiration. Les systèmes Astes4 de Mitsubishi ou Isochronic utilisent jusqu'à 2 x 2 têtes, qui peuvent chacune prélever des petites pièces individuelles ou des pièces plus grandes de manière synchronisée.
Le prélèvement peut se faire directement depuis la table alternante de la machine laser ou depuis un poste d'absorption séparé - en fonction de l'espace disponible, de la vitesse de la machine et du volume des pièces. Les pièces absorbées sont généralement déposées par commande ou par pièces identiques sur des europalettes, qui peuvent ensuite être stockées directement dans l'entrepôt de tôles si nécessaire.
Outre le matériel, un logiciel spécialisé joue un rôle central : il analyse le plan de coupe, transmet les coordonnées à la robotique et calcule pour chaque pièce le placement optimal de l'outil de prise ainsi que le meilleur emplacement de dépôt. En règle générale, l'imbrication doit également être adaptée aux exigences de la prise automatique - même les spécifications de construction de certaines pièces peuvent être pertinentes. Par exemple, il peut être utile d'arrondir les angles pour que les pièces se détachent plus facilement des feuilles de tôle.
Le choix d'un système de tri approprié est complexe. Les critères pertinents peuvent être répartis en trois domaines :
Critères techniques
L'éventail des pièces est le point de départ central. La taille et le poids des pièces influencent le choix de la robotique, le nombre et le modèle des têtes ainsi que le type d'outils. La surface disponible pour le placement de la ventouse est également décisive, car de nombreuses coupes de trous peuvent considérablement compliquer la prise automatique. En principe, il est recommandé de faire analyser la faisabilité des plans de coupe par le fournisseur de la solution d'automatisation avant même l'achat.
Considération globale du processus
L'intégration de la robotique d'absorption dans le processus global nécessite une planification minutieuse. À quelle vitesse la machine laser fonctionne-t-elle - et la robotique doit-elle absorber au même rythme sans retarder le changement de plaques ? Les plans de coupe sont-ils adaptés à une absorption automatique ou doivent-ils, le cas échéant, être re-clusterisés ? Toutes ces questions de flux de matériel doivent être réfléchies en amont. La quantité et la position des supports de charge mis à disposition sont également déterminantes pour la configuration globale, car le robot n'a qu'un rayon d'action limité pour le rangement des pièces.
Considération commerciale
L'investissement pour une solution de tri entièrement automatisée oscille généralement entre 400.000 et un million d'euros pour la technique et la mise en œuvre, plus les frais d'exploitation. En contrepartie, les coûts de personnel économisés le sont aussi. La meilleure situation de départ pour une meilleure utilisation des machines grâce à un fonctionnement en plusieurs équipes avec des équipes lights-out est également un argument en faveur de l'investissement.
Il faut toutefois savoir que les systèmes entièrement automatisés réduisent considérablement le besoin en personnel, mais ne le remplacent pas complètement. Il y aura toujours des problèmes - défis technologiques, pièces qui basculent ou s'inclinent sur la table alternante - pour lesquels une intervention manuelle est nécessaire. C'est un facteur important pour le calcul de la rentabilité.
Regard vers l'avenir : un marché dynamique et de nouvelles technologies
Le marché des machines de découpe laser et des solutions d'automatisation se trouve dans une phase de grand dynamisme. Depuis des années, de plus en plus de fabricants de machines de découpe laser font irruption sur le marché avec des alternatives bon marché, notamment en provenance de l'espace asiatique. Cela ouvre également aux petites et moyennes entreprises l'accès à la préfabrication avec leurs propres machines laser. Les portails Internet comme Laserhub élargissent le marché, tant pour les fournisseurs que pour les acheteurs. Pour les fabricants à la commande, cela augmente la pression concurrentielle : ils doivent élargir leur offre, rester attractifs en termes de prix et marquer des points avec des délais de livraison courts et une qualité élevée.
Parallèlement, la concurrence pousse à l'innovation. Les lasers à haute puissance de 20, 30 kW et plus sont de plus en plus utilisés et découpent les tôles à une vitesse qui met les processus en aval sous pression en termes de temps. L'absorption directement à partir de la table alternante pourrait devenir un goulot d'étranglement et limiter le potentiel des lasers rapides. Des concepts plus flexibles avec un poste d'absorption séparé présentent ici un avantage.
Les machines de découpe laser dotées de la technologie Bevel-Cut présentent certains avantages en termes de construction, notamment en ce qui concerne la réduction des étapes d'usinage en aval. Toutefois, les coupes de phase peuvent constituer un obstacle au tri automatisé des pièces.
C'est là qu'interviennent les concepts d'avenir de certains fabricants comme Trumpf ou Eagle , qui prévoient l'élimination mécanique de la grille résiduelle avant même le triage. Le tri automatique des pièces de tôle ne se fait alors plus à l'aide des coordonnées du plan de coupe, mais la robotique est guidée par la vision 3D.
Des robots humanoïdes comme option d'avenir
La perspective des robots humanoïdes est particulièrement passionnante. Les progrès technologiques dans ce domaine sont énormes et les systèmes humanoïdes pourraient déjà représenter dans ce secteur une véritable alternative aux robots portiques fixes d'ici deux à trois ans pour les PME. Ils pourraient être utilisés de manière beaucoup plus flexible pour différentes tâches et seraient relativement faciles à intégrer dans des environnements de production existants. Combinés par exemple au prélèvement de grandes pièces par l'automatisation laser, ils pourraient un jour absorber des pièces de tôle manipulables - même en coopération avec leur collègue humain.
Conclusion
L'absorption automatique de pièces de tôle reste l'un des défis les plus complexes dans le traitement de la tôle. Il n'y a pas de recette miracle, car les exigences sont trop différentes selon le spectre des pièces, le parc de machines et la stratégie d'exploitation. Une entrée en matière judicieuse commence souvent par un flux de matériel bien pensé, des améliorations ergonomiques ou des solutions partiellement automatisées. Celui qui ose franchir le pas de l'automatisation complète doit soigneusement évaluer les critères techniques, de processus et commerciaux.
Un autre aspect important est que, dans la plupart des cas, la machine laser est remplacée plus tôt que l'automatisation qui l'entoure. Les utilisateurs seraient donc bien avisés de veiller à la flexibilité lors du choix de leur solution d'automatisation, afin de pouvoir intégrer les futures générations de machines ou de profiter de la liberté de changer de fournisseur.