Dossier de 2023 avec Tyler McNaney (Massive Dimension) et Justin Ferguson (Autodesk). Les exemples et fonctions citées correspondent à cette période ; le panorama des fournisseurs n’est pas un catalogue actualisé.
Associer un bras robotisé et une tête de dépôt peut ouvrir la voie à de grandes pièces et à des trajectoires complexes. Le volume accessible, la précision et la répétabilité dépendent toutefois de l’ensemble de la cellule. Ce dossier examine les possibilités de cette approche et les difficultés de son adoption industrielle.
L’article porte sur l’utilisation de robots pour déposer de la matière et sur leur rôle dans une chaîne de fabrication additive, plutôt que sur la robotisation industrielle dans son ensemble.
La robotique et l’impression 3D peuvent être combinées de deux manières principales.
Une approche consiste à associer une tête de dépôt à un bras robotisé multi-axes. La fabrication additive robotisée (RAM, pour Robotic Additive Manufacturing) peut employer l’extrusion de polymères, de pâtes céramiques ou de béton, mais aussi le dépôt métallique. Le matériau et la source d’énergie déterminent le procédé. Beaucoup de bras possèdent six axes ; des axes externes peuvent s’y ajouter. Les portiques ne sont pas tous limités à trois axes.
« Il existe de nombreux types d’outils en bout de bras pour les robots destinés à une application d’impression 3D. Ils vont du thermoplastique au moulage par injection de métal, en passant par la céramique et les systèmes en béton [et plus encore]. Ils peuvent être optimisés et construits spécifiquement pour les applications d’impression additive et robotique », explique Tyler McNaney, fondateur et directeur général de Massive Dimension.
« Les robots sont très personnalisables et polyvalents. Un seul robot peut être placé sur un socle statique et l’impression peut bouger, ou le robot peut être déplacé et la pièce est stationnaire. Dans les deux cas, la conception par FA peut être modifiée en fonction du processus. Prenons par exemple le flambage qui peut se produire lors de l’impression verticale d’une grande pièce : il peut être nécessaire de créer des caractéristiques d’atténuation du flambage sur la pièce. Si la pièce peut être imprimée sur le côté ou à l’envers, la physique de la gravité sur la pièce peut avoir un impact sur la nécessité ou la conception de ces caractéristiques.
En outre, les robots peuvent très facilement être configurés avec des effecteurs multiples, ce qui permet de réutiliser très facilement un robot. Cela signifie que quelqu’un qui commence avec un effecteur à arc métallique peut conserver le même robot et passer à un procédé de dépôt de poudre par laser. Imaginez que vous puissiez faire la même chose avec une machine à lit de poudre !
Cela nous permet également d’envisager l’impression de plusieurs matériaux différents sur une même cellule, comme un plastique ou un élastomère sur un métal – ce qui se ferait normalement avec un processus d’injection plastique.
Les robots ne sont pas aussi précis que ce que nous considérons comme la norme en matière de FA, à savoir les machines à lit de poudre ou les machines SLA. Il est nécessaire de reconnaître cette imprécision au niveau de la conception et de savoir qu’un traitement post-impression sera nécessaire », ajoute Justin Ferguson, ingénieur principal en solutions chez Autodesk.
Cette souplesse doit être évaluée à l’échelle de la cellule : changer de procédé nécessite de vérifier alimentation, commande, calibration et protections adaptées. La précision obtenue dépend aussi de la rigidité, de la charge, de la trajectoire et du procédé ; la seule présence d’un robot ne permet pas de la classer face à toutes les machines à lit de poudre ou de photopolymérisation.
Par ailleurs, l’impression 3D et la robotique peuvent également se compléter lorsqu’on cherche à mettre en place une solution intégrée tout au long du processus de fabrication. Dans ce cas, un robot industriel peut remplacer une étape manuelle du processus de fabrication. Il peut s’agir de remplacer la plaque de construction d’une imprimante 3D ou d’effectuer les étapes de lavage, de durcissement et de finition en post-traitement à l’aide de bras robotisés.
« Une solution d’impression additive robotisée est très flexible en termes de personnalisation ; la configuration initiale de l’impression peut être personnalisée au-delà de ce qu’elle était censée produire à l’origine. Par exemple, une imprimante robotisée peut avoir un volume de travail sur une surface fixe, dans un autre endroit, un positionneur rotatif peut être ajouté, et des zones de construction supplémentaires peuvent être installées pour des exigences de construction de pièces spécifiques. Au cours du processus d’impression, divers outils de dépôt peuvent être ajoutés à l’extrémité du bras robotisé, ainsi que des outils de post-traitement tels que des fraises, des ponceuses ou d’autres outils de finition », explique McNaney.
Une arme à double tranchant
Les articulations du bras et les positionneurs peuvent permettre de réorienter le dépôt. Pour certaines géométries, cela réduit les supports ou la matière utilisée. Cela ne supprime pas systématiquement les supports : accès de la tête, stabilité du dépôt, gravité, collisions et propriétés du matériau restent déterminants.
Ces avantages peuvent être une arme à double tranchant, car avec autant de pièces mobiles, la machine a besoin d’instructions informatiques détaillées pour répondre aux exigences de fabrication. En effet, une planification et un contrôle inadéquats peuvent influer sur la qualité de l’impression ou conduire le bras à heurter la pièce imprimée, ce qui l’endommagerait. Sans oublier que les systèmes de contrôle des mouvements du robot peuvent également influencer la qualité de la pièce ou l’efficacité du processus d’impression.
« Là où une imprimante XYZ conventionnelle ne peut que construire vers le haut, un système de mouvement robotique peut atteindre le bas après avoir construit un objet ; le système robotique peut être rapidement adapté à une gamme de méthodes d’impression telles que l’impression non planaire, multiplanaire et angulaire », souligne McNaney avant d’attirer l’attention sur les considérations de conception qui doivent être prises en compte : « Les caractéristiques doivent être conçues en fonction de la taille du diamètre de la buse et ne doivent pas dépasser les capacités de l’imprimante ou des matériaux, comme c’est le cas pour l’impression de bureau. »
Le passage du modèle CAO au programme robot demande une chaîne logicielle compatible avec le contrôleur, la tête et les axes externes. Des formats et outils existent ; les post-processeurs et l’intégration restent propres aux configurations. OCTOPUZ décrivait déjà en 2022 l’import de trajectoires FAO, leur simulation et la génération de code robot. Il serait donc inexact de présenter ce domaine comme dépourvu de solutions d’échange.
La préparation des trajectoires doit prendre en compte la pièce en cours de construction et les limites de mouvement. La simulation aide à détecter des collisions ; les retraits et déformations nécessitent aussi une connaissance du matériau et du procédé. Un logiciel ne garantit pas, à lui seul, l’absence de collision ou de défaut.
Applications et fournisseurs cités en 2023
Coques, éléments de carrosserie, grands moules et outillages font partie des applications envisagées ou réalisées avec ces systèmes. Leur pertinence dépend du matériau, de la géométrie, de la finition et des exigences de service. Tout objet issu du rotomoulage ne peut pas être remplacé directement par une pièce imprimée.
L’écosystème associe des fournisseurs de logiciels, de têtes de dépôt, de bras et de cellules complètes. Une même entreprise peut intervenir à plusieurs niveaux. La sélection ci-dessous conserve les noms cités dans le dossier de 2023, avec un classement par rôle principal.
Cette sélection est non exhaustive et ne constitue pas une liste de prestataires de services. Les noms ne sont pas classés par performance ; la disponibilité des offres doit être vérifiée auprès des fournisseurs.
| Logiciels | Têtes de dépôt et extrudeuses | Fabricants de bras robotisés | Systèmes et solutions d’impression robotisée |
|---|---|---|---|
| ADAXIS | Weber Additive | Comau | CEAD AM Flexbot |
| AiBuild | Massive Dimension | ABB | MX3D M1 |
| Robotmaster | Dyze Design | Stäubli | Caracol |
| OCTOPUZ (OLRP) | Rev3rd | KUKA | Continuous Composites |
| RoboDK | Bloom Robotics | — | Vertico (béton) |
| — | — | — | Orbital Composites |
| — | — | — | Twente AM (béton) |
| — | — | — | Hyperion Robotics (construction) |
Le modèle économique doit inclure le bras, la tête, le logiciel et leur intégration, mais aussi la calibration, les protections, la formation, l’entretien et les contrôles. Certaines offres réunissent plusieurs éléments, tandis que d’autres exigent une intégration entre fournisseurs. Le coût complet dépend du projet, de l’utilisation et des pièces visées.
La collaboration entre fournisseurs peut faciliter cette intégration. Elle ne dispense pas de valider les trajectoires, le procédé, la sécurité et la qualité des pièces dans les conditions réelles de production.
Cet article a initialement été publié dans le numéro de Mai-Juin de 3D ADEPT Mag.
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