Vidéo Markforged Lean Production

Vidéo Markforged Lean Production

Découvrez comment l’entreprise de fabrication métallique Lean Machine, basée à Saskatoon, a utilisé l’impression 3D pour sa production.

Lean Machine est spécialisée dans l’usinage sur mesure, principalement pour le transport commercial et le secteur minier. L’entreprise utilisait auparavant de l’outillage lourd en acier, qu’elle fabriquait généralement en interne.

Cette option n’était pas évolutive pour l’entreprise, car elle a constaté qu’elle passait beaucoup de temps sur l’outillage interne plutôt que sur les pièces des clients.

Afin de réduire les coûts et l’usure des pièces, l’équipe s’est tournée vers la technologie d’impression 3D de Markforged pour une production allégée. “Nous avons découvert Markforged en recherchant les meilleurs imprimeurs pour une impression de qualité commerciale et industrielle”, explique Josh Grasby, ingénieur R&D chez Lean Machine.

Depuis, Lean Machine a créé des matrices de pliage de tôle imprimées en 3D en utilisant le matériau en fibre de carbone de Markforged, et a constaté que les pièces imprimées en 3D n’ont pas subi de dommages au contact des pièces métalliques. L’équipe dispose également de pinces métalliques imprimées en 3D pour leurs bras robotiques, en disant que “les pièces métalliques imprimées sont plus belles que la plupart des pièces usinées”. L’entreprise a également connu beaucoup de succès dans le domaine des dispositifs imprimés en 3D, des outils et de plusieurs autres pièces permettant de maintenir l’efficacité tout en limitant les coûts.

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Etude de cas Shukla Medical

Shukla Medical Shukla Medical utilise son système Markforged Metal X pour créer des prototypes d’instruments chirurgicaux que les chirurgiens peuvent tester avant la production.

Le défi Shukla Medical, une filiale à part entière du fabricant aérospatial S.S. White Technologies, conçoit et fabrique des outils universels d’extraction d’implants orthopédiques tels que le système universel d’extraction d’implants spinaux Xtract-All® Spine (voir image de couverture). Leurs produits sont utilisés par les chirurgiens du monde entier pour retirer efficacement les anciens implants avant de les remplacer par de nouveaux – tout en préservant l’os du patient.

La plupart des outils d’extraction d’implants orthopédiques sont compliqués et nécessitent un temps d’opération important, tandis que les instruments universels de Shukla Medical sont connus pour leur conception simple et intuitive.   Les produits Shukla sont conçus pour les chirurgiens orthopédiques, avec des caractéristiques permettant de gagner du temps, comme les connexions rapides et les multiples options d’extraction. “Il est généralement connu que chaque minute dans la salle d’opération est très coûteuse”, a déclaré Zack Sweitzer, responsable du développement des produits chez Shukla Medical. “Donc tout le temps que vous pouvez gagner est extrêmement utile”. Le coût d’une salle d’opération peut aller de 35 à plus de 100 dollars, mais il varie en fonction de l’hôpital et de la procédure chirurgicale.

Les outils de Shukla doivent être rapidement prototypés et testés par des chirurgiens orthopédistes afin de vérifier leur forme et leur ajustement avant la fabrication du produit final. L’équipe a commencé par prototyper les pièces à l’aide de sa machine à commande numérique ou a envoyé les dessins à une tierce partie, mais elle a constaté que les longs délais d’exécution ralentissaient considérablement l’itération des prototypes et les empêchaient de mettre rapidement leur produit sur le marché.   “Par rapport à un CNC traditionnel, vous pouvez essayer des formes plus compliquées ou prendre plus de risques de conception avec le Metal X.” – Adam Gosik-Wolfe, ingénieur en mécanique, Shukla Medical La solution Shukla Medical a été d’acheter une imprimante 3D Markforged capable d’imprimer en fibre de carbone continue en 2017, et a commencé à l’utiliser pour faire le prototype de ses outils au lieu d’utiliser sa machine CNC. C’était un ajout fantastique aux installations de l’équipe. “Nous avons beaucoup sollicité nos instruments, et la fibre de carbone leur donne un peu plus de rigidité pour qu’ils n’aient pas l’impression d’être un jouet”, explique Adam Gosik-Wolfe, ingénieur en mécanique chez Shukla Medical. Mais Adam et l’équipe voulaient quelque chose de plus – ils voulaient des prototypes en métal pour que les chirurgiens puissent s’imaginer encore plus facilement utiliser l’outil. Subramanya Naglapura, vice-président des opérations chez Shukla Medical, a également vu le potentiel et a plaidé en faveur de l’achat du Metal X.

Après une grande expérience avec leur imprimante 3D en fibre de carbone Markforged, l’équipe a pris la décision d’ajouter un système Metal X – avec un soutien managérial complet   En utilisant de l’acier inoxydable 17-4 PH, Shukla Medical a pu réaliser un prototype dans le même matériau que de nombreux produits finaux. Ils utilisent maintenant leur imprimante 3D en fibre de carbone pour les premiers prototypes, puis le système Metal X pour le prototype final qui est remis aux chirurgiens pour évaluation. “Le chirurgien peut envisager de l’utiliser dans l’incision réelle et peut nous dire s’il se sent bien entre ses mains”, explique M. Sweitzer. “Le fait de pouvoir réaliser des prototypes plus efficacement et de mettre plus rapidement les produits finis sur le marché nous permettra de rester à la pointe de l’industrie”.

L’imprimante 3D en fibre de carbone continue est également utilisée pour fabriquer des mâchoires souples pour toutes les pièces du Metal X qui nécessitent un post-traitement, ce qui en fait, avec le Metal X, la solution d’impression 3D idéale pour l’équipe. “Le fait de pouvoir réaliser des prototypes plus efficacement et de mettre plus rapidement les produits finis sur le marché nous permettra de rester à la pointe de l’industrie”. – Zack Sweitzer, responsable du développement des produits chez Shukla Medical

Regard sur l’avenir Shukla Medical a considérablement réduit le temps de commercialisation de ses produits en utilisant l’imprimante 3D en fibre de carbone et le système Metal X. Les ingénieurs de S.S. White Technologies – dont Shukla Medical est une filiale – utilisent souvent les imprimantes Markforged pour l’outillage et les montages des industries aérospatiale, automobile et médicale. “Nous allons mettre beaucoup plus de produits sur le marché plus rapidement avec nos imprimantes Markforged, et nous avons enfin la liberté de conception pour le faire”, dit Sweitzer.

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Guhring UK étude de cas

Guhring UK 3D a imprimé un corps de fraise, brasé des pointes de diamant de qualité industrielle sur le dessus, et a qualifié l’outil en alésant l’aluminium avec succès – et ça a marché.

 

Ouvrir de nouvelles sources de revenus grâce à la fabrication d’additifs

Le défi

Fondée en 1973, Guhring UK – la filiale du groupe Guhring basée à Birmingham – fabrique des outils de coupe de précision. La société a commencé comme actionnaire des outils de coupe et de fraisage plus standardisés. Aujourd’hui, Guhring UK fabrique des outils de coupe et de fraisage sur mesure pour certaines des plus grandes entreprises du monde, notamment BMW, Jaguar Land Rover, Airbus et BAE Systems. L’expertise de Guhring dans la fabrication d’outils de coupe en carbure et en diamant polycristallin (PCD) est mondialement reconnue. Leur gamme d’outils en PCD est fabriquée sur commande pour répondre aux besoins des clients, et est fabriquée par brasage de pointes de coupe en diamant de qualité industrielle de très haute dureté sur des corps en acier à outils trempé sur mesure.

 

Chaque pièce d’outillage spécial fabriquée par Guhring UK doit d’abord être conçue et approuvée par le client. En fonction de la taille et de la complexité de la pièce, la conception, les essais et la fabrication de l’outillage spécial peuvent prendre jusqu’à huit semaines en interne – et le travail ne peut même pas commencer sur l’outil avant que la conception ne soit approuvée. Les petits fabricants dont le volume est moindre ne peuvent pas justifier les coûts ou les délais de fabrication des outils spéciaux. “Lorsque nous avons commencé à envisager de fournir des clients en plus petites quantités, cela est devenu un problème”, explique Alan Pearce, superviseur de la production de PCD chez Guhring UK. Cela a conduit l’entreprise à envisager la fabrication d’additifs comme une option permettant d’ouvrir de nouvelles sources de revenus, de réduire les délais de livraison pour les clients existants et de gérer les délais pour les clients plus petits.

“Nous aimons certainement penser que nous sommes sur la bonne voie pour devenir une usine du futur”.

– Alan Pearce, superviseur de la production de PCD, Guhring, Royaume-Uni

 

 

La solution

L’équipe s’est penchée sur l’impression en 3D pour rendre ses produits et services accessibles à une plus grande variété d’entreprises, en particulier les plus petites. “L’idée était de faire baisser le coût du prototype et la durée du cycle itératif”, explique M. Pearce. Ils ont fait équipe avec le partenaire local de Markforged, Mark3D UK, pour trouver la meilleure imprimante 3D pour leurs besoins, et ont opté pour un système Markforged Metal X ainsi qu’une imprimante 3D à fibre continue Markforged pour les échantillons des clients et la maintenance des usines. L’entreprise a ensuite commencé à utiliser son imprimante 3D à fibre de carbone pour fabriquer des prototypes d’outils spéciaux en petit volume, et s’est rapidement tournée vers l’impression 3D sur métal pour produire des outils fonctionnels. “Nous pouvons maintenant fabriquer une pièce de production unique et la fournir à un client en moins d’un tiers du temps et à moindre coût”, explique M. Pearce.

metal 3D printed tool

Le premier outil imprimé en 3D que Guhring UK a fabriqué était une fraise de base utilisant l’acier à outils H13. “En un jour, nous avions conçu et imprimé un outil en Onyx [nylon mélangé à de la fibre de carbone hachée], et nous pouvions immédiatement voir si nous allions rencontrer des problèmes pour le fabriquer. En cinq jours, nous avions imprimé et fritté un corps de cutter en métal entièrement fonctionnel. L’utilisation des imprimantes 3D de Markforged accélère tout”. Après avoir ajouté les pointes de coupe, M. Guhring a qualifié la fraise en la testant d’abord comme un alésoir en aluminium, et a constaté qu’elle fonctionnait extrêmement bien. Les ingénieurs ont ensuite modifié la configuration de la géométrie des pointes et ont utilisé l’outil imprimé en 3D comme une fraise pour tester ses capacités, avec une charge excentrée. Cela aussi a fonctionné exactement comme prévu. L’outil imprimé en 3D est 60% plus léger que son prédécesseur traditionnel, ce qui permet de changer d’outil plus rapidement et de réduire la durée des cycles. Cette découverte d’une application a permis à l’entreprise de produire des outils plus polyvalents et plus légers pour ses clients, à un prix bien inférieur.

“De la vérification de la conception de l’outil à son impression, nous pouvons réduire considérablement le délai grâce à l’impression en 3D, par opposition à l’usinage manuel des pièces”.

– Alan Pearce, superviseur de la production de PCD, Guhring, Royaume-Uni

Regard sur l’avenir

Guhring UK a désormais la capacité de servir les petites entreprises, en rendant leurs produits et services plus accessibles. Les ingénieurs de l’entreprise ont même commencé à expérimenter des circuits de refroidissement imprimés en 3D – l’un des premiers clients de Markforged à le faire. L’argent supplémentaire que Guhring UK a économisé en ajoutant les imprimantes 3D de Markforged ne sera pas gaspillé, Pearce déclarant que toutes les économies réalisées seront “réinvesties dans l’entreprise afin que nous puissions continuer à nous développer et à fournir des produits plus grands et de meilleure qualité à nos clients”. Quant au temps supplémentaire gagné, Pearce dit qu’il sera redéployé dans la fabrication de pièces de production. L’ajout des imprimantes 3D de Markforged a déjà permis aux ingénieurs de libérer leurs broyeurs 5 axes et la technologie conventionnelle pour produire d’autres pièces génératrices de revenus, ce qui a permis d’augmenter les revenus de l’entreprise.

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Etude de cas Wärtsilä

Wärtsilä s’est tourné vers son imprimante Markforged X7 pour créer le premier outil de levage au monde imprimé en 3D et certifié CE

Le défi

Wärtsilä est un leader mondial des technologies intelligentes et des solutions complètes de cycle de vie pour les marchés de la marine et de l’énergie, avec un portefeuille de produits qui s’étend des moteurs à la propulsion et aux solutions renouvelables. L’usine finlandaise de Vaasa et l’usine italienne de Trieste supervisent la fabrication de grands moteurs qui équipent un tiers des plus grands cargos du monde. Les équipes doivent souvent fabriquer des outils pour résoudre les problèmes et optimiser l’efficacité du terrain et des usines, et doivent généralement s’appuyer sur des fournisseurs tiers pour les fabriquer.

Un exemple est l’outil de levage, qui est essentiel pour la construction et l’entretien de gros moteurs. Cet outil est une pièce de matériel sur mesure qui leur permet de déplacer des pièces de moteur extrêmement lourdes, comme les pistons. Ces outils de levage sont essentiels car ils peuvent rendre les opérations de levage plus efficaces au cours du processus de fabrication et aider les ingénieurs à effectuer la maintenance dans l’installation ou sur les cargos. Pour s’interfacer avec les caractéristiques complexes de leurs moteurs, de nombreux outils ont des caractéristiques d’accouplement uniques.

Wärtsilä fabrique généralement ses outils de levage en acier massif, mais a constaté que les outils résultants étaient trop chers, trop longs à fabriquer et trop lourds à utiliser et à transporter. Les équipes sont également incapables d’apporter des modifications rapides à la conception lorsque cela est nécessaire. Chaque augmentation de coût et de poids a un impact significatif lorsqu’elle est répercutée sur des centaines d’outils, en particulier lorsque l’outil est nécessaire pour assurer l’entretien ou la maintenance de pièces dans un grand navire commercial où l’espace est limité.

“Le potentiel de réduction des coûts est vraiment important. Si vous voulez économiser au moins 1 000 euros par outil, c’est un bénéfice direct”.

– Juho Raukola Expert en innovation (fabrication d’additifs) Wärtsilä

 

La solution

Les ingénieurs de Wärtsilä utilisaient des imprimantes 3D en fibre de carbone Markforged depuis la mi-2018 pour résoudre des problèmes similaires, et avaient déjà réalisé plusieurs outils pour leurs usines. Les équipes de Trieste et de Vaasa ont décidé de passer à une imprimante plus grande et plus industrielle afin d’augmenter le débit, et ont donc acheté une imprimante Industrial Series X7 pour leur usine italienne. Travaillant aux côtés de Markforged, ils ont reconçu l’outil de levage pour la fabrication d’additifs. La nouvelle conception comprenait la division de l’outil en plusieurs parties afin de tirer le meilleur parti du renforcement continu en fibre de carbone et a permis à l’outil de levage de soulever du premier coup un piston de moteur de 240 kilogrammes. “Je pense que tout le monde était en fait assez choqué par les performances”, a déclaré Juho Raukola, expert en innovation (fabrication d’additifs) à Wärtsilä. Le poids maximal que l’outil de levage peut soulever est de 960 kilogrammes sans déformation – cependant, dans les situations de fabrication, il faut tenir compte du facteur de sécurité de quatre. L’équipe a également travaillé avec l’agence de certification internationale Bureau Veritas pour définir un processus de certification des outils. L’outil a été soumis à divers tests et inspections, ce qui a permis d’obtenir le premier outil de levage certifié CE imprimé en 3D – une grande réussite pour l’entreprise.

L’adoption par Wärtsilä de la fabrication d’additifs a déjà plus que payé, l’équipe de fabrication d’additifs estimant qu’en seulement huit mois, ils ont économisé plus de 100 000 euros rien qu’en outillage, ce qui, selon eux, peut être étendu avec plus d’imprimantes Markforged dans plus d’installations à travers le monde.

Juho and his team are already on the road to freeing themselves from third-party suppliers, meaning they will no longer have to wait for anyone when fabricating tools for their facilities. “We don’t have to work to someone else’s schedule,” said Juho. “And the beauty of 3D printing is that each design can then be printed anywhere at any time through distributed manufacturing, even on the ships Wärtsilä helps to maintain and service.”

“Cela permettra à Wärtsilä d’accélérer l’introduction de nouveaux produits grâce à une création d’outils plus rapide, moins coûteuse et plus sûre”.

– Giuseppe Saragò, directeur, Excellence de la fabrication, Wärtsilä

Regard sur l’avenir

Avec trois imprimantes à fibre de carbone Markforged, et maintenant une imprimante Metal X 3D capable d’imprimer dans des métaux tels que l’acier inoxydable 17-4 PH, divers aciers à outils comme A2, D2 et H13, ainsi que l’Inconel 625, Wärtsilä est loin d’avoir terminé lorsqu’il s’agit d’adopter une approche de fabrication additive pour résoudre les problèmes. Des porte-outils et outils de mesure aux pièces de production destinées aux clients, les ingénieurs sont désormais habilités à rechercher de nouvelles applications imprimées en 3D tout autour de l’atelier de production. “Si nous voulons un autre outil pour la production, avec un design spécifique au client, ce n’est plus quatre à six semaines comme c’était le cas auparavant, mais c’est maintenant vraiment quelques jours”, a déclaré Giuseppe. “Nous sommes en mesure de répondre au besoin et de satisfaire le besoin plus rapidement”.