Une entreprise de fabrication numérique livre des travaux à haut volume et à faible volume dans les plus brefs délais grâce à des machines multitâches

Les fabricants utilisent généralement la technologie d’automatisation pour réduire les délais de production de longues séries de pièces identiques. En revanche, les tâches personnalisées, complexes et à court terme, comme celles des environnements de prototypage, ne sont généralement pas candidates aux concepts d’automatisation traditionnels. Cependant, une entreprise de Maple Plain, dans le Minnesota, a surmonté ce défi de production grâce à une stratégie unique. Protolabscombine un fil numérique de bout en bout avec un groupe de machines-outils identiques, flexibles et multitâches pour non seulement automatiser l'usinage, mais également réduire les délais de production pour les petits lots de plusieurs semaines à quelques jours, et dans certains cas à quelques heures seulement.

Protolabs – l’une des principales sources mondiales de services d’usinage, de moulage, d’impression 3D et de tôlerie – a utilisé des technologies et des stratégies innovantes dès ses débuts. À la recherche d'une meilleure façon de produire des pièces moulées par injection, l'ingénieur logiciel et fondateur de l'entreprise Larry Lukis a créé un système basé sur un logiciel qui accepte un modèle CAO client puis applique les données tout au long du processus de fabrication. « Dès le début, s'il ne pouvait pas le faire de manière numérisée, il ne le faisait pas », a déclaré Mike Kenison, vice-président et directeur général de Protolabs pour les Amériques. Aujourd'hui, « nous sommes plus rapides que tout le monde », a-t-il déclaré, ajoutant que la numérisation de l'ensemble du flux de données de fabrication, de la commande initiale à la pièce finie, entraîne une réduction des coûts non récurrents pour le processus de première pièce par rapport aux fabricants traditionnels.

Protolabs dessert un segment exigeant de la production d'usinage. Scott Pedersen, directeur des opérations de fabrication, a déclaré à propos de son service d'usinage : « Nous sommes un producteur à haut mélange et à faible volume. Les tailles des lots sont petites. En général, leur nombre varie d'une à 200 pièces usinées. La grande majorité compte moins de 100 pièces et beaucoup sont constituées d’une à dix pièces.

Afin de maximiser sa compétitivité, Protolabs a développé des moyens de standardiser et d’accélérer le travail de précision à faible volume. Les stratégies reposent sur l’utilisation efficace d’un groupe de machines-outils identiques. « Cela nous rend très flexibles », a déclaré Pedersen. « Si nous recevons une commande qui nécessite plus d’une machine, nous pourrions l’exécuter sur deux machines au lieu d’une. À d’autres moments, chaque machine peut exécuter une pièce différente. Nous ne savons jamais quelles commandes vont arriver, nous avons donc toujours des machines supplémentaires et une capacité supplémentaire disponibles. C'est ainsi que nous faisons en sorte que cela fonctionne.

Chez Protolabs, la prévision de la production peut être plus un art qu'une science. L'entreprise traite avec des dizaines de milliers de clients différents chaque année, a déclaré Kenison. La commande d'usinage moyenne est de trois pièces (les commandes de moulage se comptent par milliers et par dizaines de milliers), ce qui entraîne le fraisage et le tournage de milliers de géométries différentes par an. « Il est nécessaire de comprendre quel sera le flux de travail lorsque vous aurez affaire à autant de clients. » Cependant, malgré la grande variété de clients et de pièces, le flux de travail est bien contrôlé. Pedersen a déclaré : « Je ne veux pas dire que c'est super stable, mais nous sommes prêts à gérer les fluctuations de volume. Nous ne savons jamais ce que nous allons recevoir pour une commande et nous faisons de notre mieux pour être préparés.

En ce qui concerne le choix des équipements de fabrication pour mettre en œuvre les stratégies de l'entreprise, les ateliers de production d'usinage CNC de Protolabs se composent principalement de fraiseuses verticales et de centres de tournage standards. Lorsque la direction a constaté la nécessité d’augmenter la capacité de tournage, l’entreprise a ajouté des machines multitâches. La capacité de fraisage des machines multitâches a donné à Protolabs « une flexibilité qui nous permet de couper chaque pièce pour chaque client », a déclaré l'ingénieur de fabrication Dan Robinson. « Donnez-moi n'importe quelle géométrie et je vous dirai que je peux la couper. Les machines multitâches augmentent notre flexibilité et notre capacité à répondre plus souvent à la variété et à la complexité des tâches qui se présentent.

Pour l'aider à mettre en œuvre ses stratégies de faible volume, de mélange élevé et de rotation rapide, Protolabs a acquis des machines multitâches compactesMazak INTEGREX i-100 BARTAC-S. Chaque machine est équipée de deux broches de tournage et d'une broche de fraisage qui permettent ensemble un usinage complet sur 5 axes et un traitement de pièces Done In One - la possibilité d'usiner des pièces complexes dans un seul montage. Les machines sont également équipées de systèmes de chargeur de barres intelligents.

Un 4,4 pouces L'alésage de la broche principale (111 mm) permet à Protolabs de traiter des pièces à partir de barres jusqu'à 4 pouces. (101 mm) de diamètre et un changeur d'outils automatique puise dans un magasin standard de 36 outils. Les déplacements des axes X, Y et Z sont de 17,7 pouces. (450 mm), 8,2 pouces (208 mm) et 35,5 pouces. (901 mm) respectivement, permettant à la machine de traiter une gamme de tailles et de formes de pièces. L'empreinte compacte de la machine est de 127 pouces. (3 225 mm) x 103,8 pouces. (2 636 mm).

« Lorsque nous choisissons notre équipement de fabrication, il doit offrir de la flexibilité », a déclaré Kenison. « Bien que nous traitions généralement des produits à haut mélange et à faible volume, nous avons des clients qui ont besoin de volumes plus importants. Nous devons donc être capables de passer d’une situation à l’autre et de changer très rapidement. Cela dépend de ce que veulent nos clients. Ils aiment toujours avoir des pièces plus grandes et plus complexes, et nous recherchons des technologies telles que les machines multitâches Mazak pour s'y adapter. Nous avons un processus de sélection de machines robuste. Nous examinons ce que nous devons obtenir de nos machines et quelles sont leurs capacités. « Nous avons choisi les machines Mazak pour leur rapidité, leur qualité, leur régularité et leur capacité à produire des pièces complexes. »

Toutes les pièces usinées sur les machines multitâches sont rondes et les matériaux des pièces comprennent des métaux durs et mous. Les barres sont changées fréquemment en réponse aux exigences matérielles des différentes pièces.

En plus de l'usinage CNC, les services de fabrication de Protolabs comprennent la fabrication de moules par injection et la production de pièces, l'impression 3D et la fabrication de tôles. L'entreprise dispose d'installations de production dans le monde entier couvrant plus d'un million de pieds carrés d'espace de fabrication. Les opérations aux États-Unis se déroulent au Minnesota, au New Hampshire et en Caroline du Nord. Des installations sont également situées à l’étranger, en Angleterre, en Allemagne et au Japon. L'entreprise emploie environ 2 500 personnes, dont près de la moitié sont situées dans le Minnesota.

L'acquisition début 2021 de 3D Hubs, Inc. (désormais simplement appeléeHubs), une plateforme de fabrication en ligne de premier plan qui offre un accès à la demande à un réseau mondial d'environ 240 partenaires de fabrication haut de gamme, a récemment renforcé la capacité de Protolabs à répondre aux besoins très variés de ses clients. Cette acquisition permet à l’entreprise d’étendre ses services au-delà de ses capacités internes. « Cela fait de nous un guichet unique pour nos clients », a déclaré Kenison. « Si leur pièce ne correspond pas à nos services de fabrication internes, nous pouvons toujours fournir la pièce. Nous pensons que les clients s'adresseront plus souvent à nous s'ils n'ont pas à faire des choix parmi d'autres fournisseurs pour faire fabriquer leurs pièces.

Une autre initiative axée sur le client a été la sortie en 2021 par Protolabs de sa nouvelle plateforme de devis numérique interactive qui présente une interface plus moderne, une navigation fluide, une analyse de fabrication interactive et une tarification en temps réel. Il permet aux clients de télécharger un modèle CAO surprotolabs.com, de choisir les options de matériau et de finition pour les pièces, de découvrir comment ce choix affecte le délai de fabrication et la fabricabilité des pièces, avant de commander les pièces. Les utilisateurs peuvent travailler avec le système de manière autonome et les ingénieurs de Protolabs, ainsi que la fonctionnalité de chat, sont disponibles pour les aider dans le processus.

Pedersen a souligné que les services de Protolabs accélèrent directement les efforts de développement de produits de ses clients. « Nous livrons des pièces de qualité, de manière fiable et rapide », a-t-il déclaré. « Parce que notre livraison est si rapide, nos clients (nos partenaires) peuvent itérer les conceptions et développer des pièces plus rapidement. Si une conception comporte 12 pièces et que le délai de production le plus long pour l’une des pièces d’un autre fabricant est de 12 semaines, il faudra 12 semaines pour obtenir cette itération de la conception. Si Protolabs peut réaliser ces 12 pièces en 7 jours, le temps d'itération devient alors de seulement 7 jours. « Notre attention portée aux besoins des clients, notre utilisation de technologies telles que les machines multitâches Mazak, notre stratégie globale de numérisation et notre réputation de fiabilité incitent nos clients à travailler avec nous. »