Les capacités uniques du CNRC en matière de fabrication numérique ouvrent la voie au formage précis, rapide et sans moule de tôles d'aluminium destinées à la fabrication de pièces de véhicules.
Deux robots industriels du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) travaillent de concert pour former des pièces de véhicules complexes. Dans un projet récent mené par le groupe industriel de R-D METALTec du CNRC, les spécialistes du CNRC ont exploité leurs capacités uniques en matière de fabrication numérique et de robots coopératifs pour montrer que ce type de collaboration synchronisée constitue la clé de l'innovation.
Lorsque le fabricant de motoneiges Bombardier Produits récréatifs (BRP) a décidé d'accélérer la production de pièces d'aluminium sur mesure, il s'est tourné vers les scientifiques du CNRC pour trouver un moyen efficace et plus rapide de façonner des prototypes d'aluminium à moindre coût. BRP et l'un de ses fabricants de pièces, Verbom, deux entreprises membres de METALTec, utilisaient depuis longtemps des méthodes traditionnelles pour produire des pièces de véhicules, mais ils cherchaient une solution d'ingénierie pour améliorer leurs procédés de fabrication et leurs produits. Les spécialistes du CNRC ont aidé les 2 entreprises à atteindre cet objectif grâce à leurs connaissances approfondies du formage de l'aluminium et du formage incrémental de la tôle (ISF), une technique qui utilise la conception assistée par ordinateur (CAO) pour donner aux tôles une forme finale par une série de petites déformations incrémentales.
« Nous cherchions à alléger le poids des motoneiges par une meilleure utilisation des feuilles d'aluminium, explique Gilbert Lefrançois, ingénieur de projets mécaniques chez BRP. Nous soutenons par ailleurs des compétitions et des courses de motoneiges, lesquelles nécessitent des pièces spéciales et des améliorations constantes. » Cette technique pourra selon lui être appliquée à d'autres produits tels que les bateaux, les motocyclettes et les motomarines. « Le délai d'exécution et les économies de coûts qu'offre le formage ISF sont très importants pour nous, car nous avons besoin de nouvelles pièces presque tous les jours », explique-t-il.
En répondant aux exigences de BRP de manière rentable, la proposition de l'équipe du CNRC lui a permis de gagner le respect de l'entreprise – et sa clientèle. M. Lefrançois explique qu'en cherchant des moyens de relever ce défi, il a trouvé d'autres options, mais que ces dernières nécessitaient d'investir des millions de dollars dans de grandes machines spécialisées. « La proposition du CNRC était très astucieuse parce qu'elle tirait parti des robots industriels que BRP possède déjà ».
Prototype initial du système à deux robots du CNRC
Le Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface (ATS) et le Centre de recherche en aérospatiale (AÉRO) ont apporté un amalgame remarquable d'expertise : certains des chercheurs du CNRC se spécialisent dans la simulation numérique, tandis que d'autres sont des experts en robotique et en mécatronique. De plus, le projet a bénéficié du soutien technique et financier des membres industriels du Groupe industriel de R‑D METALTec, qui fournit en continu des orientations sur l'évolution des besoins de l'industrie. « La synergie entre nos équipes a joué un rôle déterminant dans le succès de ce projet », affirme Vincent Raymond, agent de recherche à ATS.
« Nous avons dû apprendre beaucoup de choses sur le processus de formage des feuilles, et communiquer de manière adéquate le point de vue de notre roboticien à notre collaborateur, ce qui a bénéficié en fin de compte à toutes les parties », affirme Gabriel Côté, agent de recherche en robotique au Centre de technologies de fabrication en aérospatiale (CTFA).
Pour la première phase de ce projet, l'équipe a créé et mis en œuvre avec succès une cellule de robotique qui utilise l'ISF pour le formage sans moule métallique de pièces de tôle de pointe. « Au CNRC, nous avons une longueur d'avance sur la façon de contrôler ces robots et de les rendre plus précis sous des charges de traitement élevées, explique Bruno Monsarrat, chef de l'équipe de robotique à AÉRO. Depuis 2016, les chercheurs de l'équipe de robotique du CTFA ont déposé des demandes de brevets, préparé des rapports d'invention et enregistré des droits d'auteur sur des logiciels permettant d’améliorer la précision des robots soumis à des charges de traitement. L'objectif de cette première phase du projet était de parvenir à une précision de plus ou moins 1 mm pendant le procédé de formation incrémentale de pièces complexes avec des robots coopérants, un résultat significatif compte tenu du niveau de force appliqué sur les robots au cours de ce procédé. »
Jean Savoie, agent de recherches principal d'ATS, souligne que malgré le talent et les ressources de l'équipe, il a fallu relever beaucoup de défis technologiques en matière de R‑D avant de pouvoir démontrer avec succès ce concept de cellule ISF avec deux robots synchronisés dans les installations du CTFA. L'équipe du CNRC a trouvé le chemin du succès très ardu. Cependant, elle est arrivée à surmonter les nombreux obstacles en exploitant la propriété intellectuelle du CNRC et en recensant les avenues de recherche futures.
En fin de compte, les membres de l'équipe ont démontré que leurs innovations en matière de prototypage rapide permettraient à BRP de répondre aux exigences de ses clients et d'accélérer considérablement le processus. « Le procédé traditionnel de formage des tôles à partir de moules métalliques peut prendre jusqu'à six mois, explique M. Savoie. Le recours à la CAO nous a permis de réduire la durée du procédé à une semaine ou deux. »
Prochaines étapes
Après avoir achevé avec succès la phase de prototypage, les chercheurs se préparent à attaquer les phases suivantes. « Le niveau d'expertise requis pour pouvoir utiliser cette technologie dans l'industrie reste encore trop élevé, déclare M. Raymond. Avant de pouvoir en faire la promotion, nous devons la rendre plus conviviale. » La prochaine phase consistera à examiner le transfert de technologie et les mesures requises pour faciliter le processus, à savoir atteindre un niveau de préparation technologique plus élevé, c'est-à-dire le niveau de maturité technologique requis pour permettre un déploiement réussi dans un contexte opérationnel.
« Les défis posés par l'industrie nous permettent de repousser les limites des processus de fabrication traditionnels et de mettre au point des technologies qui peuvent non seulement servir à résoudre un problème unique, mais aussi s'adapter à diverses applications et industries. La collaboration avec d'autres agences gouvernementales, l'industrie et le monde universitaire est essentielle pour mettre au point des innovations de R‑D pertinentes et viables qui auront une incidence positive pendant de nombreuses années », conclut M. Monsarrat.
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