Des économies substantielles

Comment les stratégies 5 axes et l’automatisation FAO dans hyperMILL^® contribuent à une fabrication d’outillages et de prototypes rentable

Avec sa division chirurgicale Aesculap, B. Braun est l'un des plus importants fabricants d'instruments chirurgicaux, d'implants et de nombreux accessoires. Pour conserver son excellente position sur le marché mondial, l’entreprise sise à Tuttlingen dans le sud de l’Allemagne mise entre autres sur un haut degré d’intégration verticale de la production avec sa propre fabrication d’outils et de prototypes. Un élément central dans ces domaines est la programmation FAO avec hyperMILL^® d’OPEN MIND qui, grâce à ses stratégies 5 axes de pointe et au module hyperMILL^® AUTOMATION Center, permet de gagner du temps et de réduire les coûts, tant au niveau de la programmation que de l’usinage.

La technologie médicale est un secteur en pleine croissance. Pourtant, les entreprises de ce secteur sont confrontées à une forte pression en termes de délaiset de coûts. La société Aesculap AG, qui fait partie du groupe B. Braun, relève ces défis très tôt dans la phase de développement grâce à son département de fabrication de prototypes performant qui s’occupe de pratiquement tous les nouveaux développements de produits Aesculap pour les premiers tests. Pour optimiser les coûts unitaires, le très polyvalent service de fabrication d’outillages, situé lui-aussi dans l’usine principale de Tuttlingen, est également d’une grande importance. C’est ici que sont fabriqués les outils à suivre, les outils de moulage par injection et de forgeage, les matrices de thermoformage, les dispositifs de serrage et même les outils spéciaux d’enlèvement de copeaux.

Hans Keller, toujours ouvert à l’innovation, est responsable de ces deux secteurs depuis de nombreuses années: « Qu’il s’agisse de machines, d’outils ou de logiciels, nous observons attentivement comment le marché évolue et nous investissons lorsque nous pouvons obtenir des améliorations en termes de processus, de qualité et de rentabilité. Ainsi, nous sommes très avancés dans la fabrication de prototypes et d’outillages, en ce qui concerne l’ensemble de l’équipement. »

Après que Frank Fedtke a consacré quelques années à la programmation 5 axes en comparant différents logiciels, Aesculap a décidé en 2013 de tester le système FAO hyperMILL^® d’OPEN MIND Technologies AG, Wessling pour la fabrication de prototypes. Selon F. Fedtke, hyperMILL^® était déjà considéré à l’époque comme la solution leader pour programmer des usinages cinq axes : « Ce système de CAO/FAO me semblait être l’idéal pour le service de fabrication de prototypes qui doit produire de nombreuses pièces différentes. En effet, hyperMILL^® mettait déjà à disposition diverses stratégies d’approche, ce qui nous permettait de créer des trajets de fraisage adaptés à chaque géométrie et à chacune de nos machines. De plus, l’interface utilisateur claire et intuitive était parfaite pour nous qui n’avions pas encore beaucoup d’expérience en matière de programmation 5 axes. »

Après les tests, l’entreprise a acheté deux licences et le succès ne s’est pas fait attendre. L’investissement a été rentabilisé en seulement un an. D’autres licences ont suivi. L’étendue des stratégies d’usinage proposées par OPEN MIND a également augmenté et continue de le faire, de sorte que toutes les exigences d’Aesculap sont aujourd’hui satisfaites. « Nous produisons presque chaque nouveau développement d’abord en tant que pièce unique ou petite série », explique F. Fedtke. « Il s’agit d’instruments chirurgicaux, mais aussi de boîtiers, de moteurs et d’autres composants pour nos Power Systems, c’est-à-dire nos outils à entraînement électrique. » Le service fabrique également des implants spéciaux (genou, hanche, colonne vertébrale). Ceux-ci sont presque toujours produits par impression 3D et ensuite retravaillés par enlèvement de copeaux.

Pour l’usinage d’un implant spécial du genou, les constructeurs de prototypes d’Aesculap utilisent aussi volontiers la « finition tangentielle » du pack hyperMILL^® MAXX Machining. « L’utilisation d’une fraise tonneau conique nous permet de gagner du temps et d’obtenir en outre beaucoup plus facilement le parallélisme requis des surfaces intérieures du composant fémoral », explique F. Fedtke.

Champ d’application idéal : la fabrication d’outillages

Voyant les expériences positives faites par le service de fabrication de prototypes, le département de fabrication d’outillages a rapidement adopté hyperMILL^®. Aujourd’hui, plusieurs licences sont également utilisées dans ce domaine, comme l’atteste F. Fedtke : « Nous pouvons ainsi réaliser des économies considérables en matière de programmation mais aussi de temps de calcul et, en fin de compte, d’usinage.  »
Les outils de thermoformage fabriquant les conteneurs stériles en sont un exemple. Ce sont des boîtes dans lesquelles l’implant ainsi que tous les outils nécessaires à l’opération sont livrés dans un état stérile. Le responsable de la fabrication d’outillages, Hans Keller, explique : « Ces conteneurs sont des produits très demandés. Les outils de thermoformage ont traité environ 37 tonnes de matériaux en un an et demi. » F. Fedtke, spécialiste de la FAO, ajoute : « Auparavant, la programmation des trajets de fraisage simultanés à cinq axes dans les cavités profondes nous posait des problèmes considérables, d’autant plus qu’une qualité de surface élevée est nécessaire. Les temps de calcul dépassaient les douze heures et nous devions espérer que le calcul se déroule sans interruption. Grâce à hyperMILL^®, il ne faut plus que huit heures et demie pour réaliser un programme CN sûr. »

Production automatisée de matrices de forgeage

La dernière licence dans laquelle l’usine d’outillage d’Aesculap a investi concerne le module hyperMILL^® AUTOMATION Center d’OPEN MIND qui permet de standardiser et d’automatiser des processus complexes. En ce qui concerne ses fonctions, il s’appuie sur les technologies des features et des macros, mais va bien au-delà en termes de possibilités d’automatisation.
Explorons tout d’abord pourquoi l’entreprise a besoin de la programmation automatisée : Aesculap produit environ 200 prothèses de hanche standard différentes qui se distinguent principalement par leur taille et leurs détails géométriques. Pour leur fabrication, Aesculap a besoin d’un grand nombre de matrices de forgeage. En effet, il faut une matrice inférieure et une matrice supérieure (qui servent de matrice d’ébauche et de finition ainsi que pour le pressage ultérieur) pour chaque hanche.
Jusqu’à récemment, les constructeurs d’outillages les fabriquaient sur un centre d’usinage 5 axes avec une double table alternante. Afin de pouvoir effectuer les quarts de travail nocturnes et le week-end avec peu de personnel, l’entreprise a complété la machine par un système de chargement et de déchargement automatisé comprenant six palettes. Elle a également opté pour de nouveaux outils pour un enlèvement de copeaux encore plus efficace. Conséquence : au total, 1 800 programmes de fraisage ont dû être réécrits. Le faire à la main aurait nécessité environ deux heures par programme, ce qui représente un temps de programmation total de 3 600 heures.

Sa recommandation : « L’automatisation du processus de programmation est toujours pertinente lorsqu’il y a des gammes de pièces à usiner. En principe, il devrait y avoir plusieurs pièces similaires à programmer, qui se distinguent par leur taille, mais aussi par le nombre et la forme des surfaces, des alésages, des filetages, etc. à usiner. » Dans le module hyperMILL^® AUTOMATION Center Advanced, l’utilisateur peut définir l’opération qu’il souhaite utiliser pour une géométrie donnée – par exemple, la finition équidistante ou une autre stratégie ; il peut même définir la manière dont le brut est positionné et serré. Michael Greisinger résume : « Notre environnement d’automatisation peut accéder à toutes les commandes hyperCAD^®-S et hyperMILL^® et les adapter selon les besoins de l’utilisateur. En principe, cela permet d’automatiser tout ce qui peut être cliqué. »

Réduction du temps de programmation de deux heures à douze minutes

Thilo Hagen, technicien d’application chez Aesculap ayant participé au projet, est totalement convainc : « Avec le module hyperMILL^® AUTOMATION Center, nous avons réussi à réduire le temps de programmation à douze minutes ». « Les personnes ayant l’habitude de travailler avec hyperCAD^®-S et hyperMILL^® n’ont aucune difficulté à se servir du module », affirme Hagen. « Lors d’un atelier de trois jours sur place, j’ai appris à utiliser l’AUTOMATION Center sur mes propres projets et j’ai ensuite pu utiliser immédiatement les scripts élaborés pour la production. J’en suis ravi. L’ensemble du processus est enregistré et peut être appliqué à des pièces ultérieures. Du chargement du fichier Step au programme CN fini, tout se déroule de manière entièrement automatique en quelques secondes. »
L’achat du logiciel l’année dernière n’était donc plus qu’une formalité. Depuis, Thilo Hagen a déjà utilisé l’outil d’automatisation pour sept projets de différentes tailles : « Il s’agit par exemple de composants plus simples, comme les récepteurs de jet d’eau ou les mors de fraisage pour la finition des prothèses de hanche. Le dernier projet en date, la programmation des couvercles de tige, est plus ambitieux mais du fait du temps gagné le jeu en vaut la chandelle. »

www.bbraun.com/aesculap/