SoftGripping intègre un système pneumatique dans une base de préhenseur fabriquée par impression 3D destinée à l'industrie agroalimentaire
SoftGripping GmbH | Étude de cas
Dans l'industrie agroalimentaire et de l'emballage, le choix d'une solution de préhension adaptée est un facteur clé pour la qualité des produits, la fiabilité des processus et la disponibilité des équipements. Les produits alimentaires présentent souvent des variations naturelles de forme et de taille, ce qui complique les processus de manutention automatisés. C'est particulièrement vrai pour des produits tels que les légumes ou les morceaux de volaille, qui doivent être manipulés de manière fiable sans être endommagés.
Parallèlement, les systèmes de préhension doivent faire face à des cadences élevées, à des exigences strictes en matière d’hygiène et à des géométries de produits variables, sans ralentir la production. La société SoftGripping GmbH, basée à Hanovre, est spécialisée précisément dans ces défis. L'entreprise associe des doigts adaptatifs en silicone à des systèmes de préhension modulaires, à des principes de conception hygiénique et à des fonctionnalités pneumatiques afin de permettre la mise en œuvre d'applications exigeantes dans l'industrie agroalimentaire et de l'emballage. Son portefeuille est complété par un accompagnement technique pour la conception de préhenseurs spécifiques à chaque application, ainsi que par des solutions complètes d'outillage en bout de bras (EOAT) pour l'automatisation robotisée.
Pour le développement d'une nouvelle base de pince pneumatique, SoftGripping a eu recours à la fabrication additive industrielle avec le matériau EOS PA 2200. L'objectif était de créer un composant de base compact capable de soutenir les doigts en silicone tout en intégrant directement dans la pièce le système de distribution d'air pneumatique. Réussir à mettre en œuvre cette fonctionnalité de manière fiable et rentable est devenu le principal défi technique du projet.
Défi
Allier fonctionnalité pneumatique et distribution d'air dans un seul composant
Le principal défi résidait dans la conception de la base du préhenseur elle-même. Le circuit pneumatique devait être intégré directement dans la base afin de réduire le recours à des composants externes et à des raccords à monter après assemblage. L'objectif était d'aboutir à une conception fonctionnellement intégrée, comportant moins de pièces, nécessitant moins d'efforts d'assemblage et présentant moins de points de fuite potentiels.
Les procédés de fabrication soustractifs classiques ne permettaient pas de concrétiser ce concept d'intégration fonctionnelle sous la forme d'un composant unique. Il aurait fallu recourir à un ensemble composé de plusieurs pièces, comprenant des éléments distincts pour chaque doigt de préhension, ainsi que des connecteurs, des joints d'étanchéité et des composants pneumatiques supplémentaires. Chaque articulation supplémentaire accroît la complexité de la conception et crée des points de fuite potentiels. Dans les applications pneumatiques où l'hygiène est un critère essentiel, la réduction au minimum de ces interfaces constitue un avantage indéniable.
Pour la validation précoce de la conception et de l'ajustement, SoftGripping a fabriqué des prototypes à l'aide de la technologie de modélisation par dépôt de matière fondue (FDM). Si ces prototypes ont permis des itérations rapides de conception pendant le développement, ils n'offraient toutefois pas l'étanchéité à l'air et la stabilité à long terme requises pour le composant de série. SoftGripping avait donc besoin d'une solution de fabrication capable d'intégrer des canaux d'air internes complexes au sein d'un seul composant, d'assurer un fonctionnement pneumatique fiable et de répondre aux exigences des applications exigeantes de l'industrie agroalimentaire.
Solution
Intégration fonctionnelle grâce à la fabrication additive industrielle
SoftGripping a adopté une approche d'ingénierie itérative afin d'optimiser, étape par étape, la géométrie, le système pneumatique et la fonctionnalité, jusqu'à obtenir une conception prête pour la production. Les premiers essais ont porté sur la validation des distances de préhension, des points de contact et des géométries à l'aide d'un dispositif d'essai flexible, afin de définir les exigences spécifiques de la base de la pince.
Pour la base de la pince finale, SoftGripping a choisi le PA 2200, un matériau à base de polyamide 12 (PA12). Ce matériau offre un équilibre parfait entre performances mécaniques et durabilité, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications de pinces pneumatiques robustes.
Le composant final est fabriqué par un partenaire de fabrication spécialisé qui utilise la technique de frittage sélectif par laser (SLS) sur un système EOS. La technologie SLS a permis d'intégrer directement le circuit pneumatique dans le composant de base lui-même. Cela a permis de réduire considérablement le recours à des raccords et joints séparés, ainsi que les efforts d'assemblage associés.
On obtient ainsi une base de pince robuste qui combine la répartition de l'air, la fonctionnalité structurelle et les interfaces avec les doigts en silicone au sein d'un seul composant fabriqué par impression 3D. Parallèlement, la fabrication additive offre la liberté de conception nécessaire pour réaliser de manière économique des solutions de pinces complexes et hautement personnalisées.
« Grâce à la technologie EOS, nous avons pu concevoir une base de préhenseur qui n’aurait pas pu voir le jour avec des méthodes de fabrication traditionnelles. La combinaison de la flexibilité de conception, d’un circuit d’air interne complexe et de l’étanchéité à l’air constitue un avantage majeur pour nos solutions sur mesure. »
Alexey Stepanyuk, directeur technique, SoftGripping GmbH
Résultats
Une voie plus rapide vers des solutions de préhenseurs fonctionnels
La nouvelle base de préhension a permis de réduire considérablement les efforts de développement et de fabrication, tout en offrant une plus grande flexibilité pour les variantes spécifiques à chaque application. Le temps de développement a été réduit d'environ 70 %, passant de 12 semaines à seulement 3 semaines.
Les coûts de fabrication ont été réduits de 50 % par rapport à d’autres méthodes de production. L’un des principaux facteurs a été l’intégration de la fonctionnalité pneumatique directement dans le composant, ce qui a permis de regrouper plusieurs pièces. La base de la pince nécessite moins d’interfaces, ce qui réduit la complexité de la conception, les efforts d’assemblage et le nombre de points de fuite potentiels.
Le PA 2200 et les conceptions de supports à surface lissée chimiquement sont destinés aux applications de l'industrie agroalimentaire où l'hygiène est primordiale. Le post-traitement ciblé de la pièce imprimée par SLS permet d'obtenir une surface lisse et sans aspérités, ce qui facilite le nettoyage. Parallèlement, la solution EOS permet de produire de manière rentable des géométries de préhenseurs complexes et sur mesure.
Cette application montre comment la technologie SLS peut être utilisée aussi bien pour la fabrication de pièces fonctionnelles destinées à un usage final que pour la production industrielle en petites séries. Dans le cadre de SoftGripping, elle permet de mettre en place un processus de développement et de fabrication entièrement numérique, dont le potentiel s'étend des projets clients ponctuels à la production en série de produits standard. De nouvelles solutions de préhension peuvent ainsi être testées, adaptées et mises en œuvre plus rapidement et à moindre coût.
« La fabrication additive nous offre la liberté de concevoir des composants de préhension en fonction des exigences fonctionnelles et des besoins spécifiques à chaque application. Pour nos clients, cela se traduit par des processus de développement plus rapides, une plus grande flexibilité et des solutions parfaitement adaptées à leurs besoins. »
Alexey Stepanyuk, directeur technique, SoftGripping GmbH
Données techniques
- Matériau: EOS PA 2200 (PA12)
- Technologie: frittage sélectif par laser (SLS)
- Système: Système EOS
- Durée de développement: 3 semaines, depuis les premiers essais de l'application jusqu'à la conception finale de la pince sur mesure
