Zimmer Biomet, entreprise spécialisée dans le matériel orthopédique, possède un site de production à Winterthour (Suisse), site qui emploie environ 1 000 personnes. Les processus de fabrication utilisent presque tous les types d’usinage CNC. Avec l’aide de Janus Engineering, l’entreprise programme elle-même les robots de son centre de rectification INSYS à partir du système de FAO.
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La sécurité et la stabilité des processus sont des impératifs incontournables dans la technique médicale. Les respecter ne va toutefois pas de soi. Or, l’entreprise sera d’autant plus flexible et efficace que la part des processus qu’elle prend en charge elle-même sera grande. Et c’est exactement ce qu’a réussi à faire Antonio Bressi, chef d’équipe de production chez Zimmer Biomet à Winterthour.
Antonio Bressi est responsable de deux centres de meulage INSYS qui produisent en plusieurs étapes des pièces de prothèses en titane. Les pièces en question sont maintenues par un robot Stäubli qui prend la prothèse brute et l’amène aux différentes stations de meulage. Ce processus se déroule généralement sans problème. Il arrivait toutefois que l’arrivage de certains nouveaux produits nécessitait de modifier le processus d’usinage: «Nous étions alors obligés de nous adresser au service après-vente d’INSYS pour avoir une programmation d’adaptation pour le robot. Cela prenait beaucoup de temps et coûtait cher, raison pour laquelle nous avons cherché une alternative».
Base de fabrication NX CAM
Trois postes FAO sont utilisés sur la base de Siemens NX CAM, et ce uniquement dans le service de planification pour les prothèses de hanche. Le site utilise de nombreuses autres licences NX, le logiciel Siemens NX s’était avéré une base idéale pour la fabrication numérique. C’est ainsi que les modèles 3D peuvent être importés des États-Unis sous forme de fichiers STEP pour être ensuite préparés dans NX CAM pour l’usinage CNC sur la machine concernée. La simulation parfaite offre une base sûre pour programmer la machine-outil dans les modes d’usinage fraisage, tournage et rectification. Le post-processeur correspondant fournit le programme détaillé qui permet une exécution précise sur la machine. Tous les programmes, processus et usinages peuvent être créés, gérés et reproduits dans NX CAM de manière aussi simple que transparente dans les modes d’usinage classiques, et ce, sans qu’il soit nécessaire de faire appel à une aide externe.
Meulage de grossier à fin
Le fraisage et le tournage des prothèses de hanche en titane passent par plusieurs étapes au préalable. Elles reçoivent la fameuse «dernière touche» dans la cellule de ponçage où disparaissent les petites imperfections et où les arrondis sont affinés. L’usinage se fait de grossier à fin, jusqu’à l’utilisation d’un disque en caoutchouc qui produit des surfaces quasiment polies. Les pièces sont ensuite grenaillées, découpées au laser et affinées.
Cellule de rectification INSYS avec robot
Les stations de rectification et de traitement sont disposées autour du robot. Un système de chargement et de déchargement pivotant entoure l’unité de fabrication et permet ainsi de manipuler les deux côtés. Le robot prélève l’ébauche dans la zone de chargement et vérifie la situation de serrage au moyen d’un palpeur de mesure. Cette étape permet de compenser d’éventuels petits écarts au niveau de la prise. L’ébauche de la prothèse peut maintenant être usinée à trois postes. On dispose pour ce faire de deux bandes abrasives de différents grains et d’un disque en caoutchouc. Selon le programme et les exigences posées, les ébauches passent par une ou plusieurs stations et sont usinées aux endroits souhaités.
Aucune adaptation personnelle n’était possible
Il fallait autrefois faire appel à un spécialiste d’INSYS pour modifier la programmation du robot. Impossible donc de procéder à une mise en œuvre immédiate des modifications, les capacités nécessaires n’étant tout simplement pas disponibles sur le site. A cela s’ajoute le fait que la programmation du robot se faisait directement sur la cellule de rectification, ce qui pouvait très bien se traduire par un arrêt de la production de plusieurs jours. Cette situation ne satisfaisait évidemment pas le responsable qu’est Antonio Bressi et d’autres intervenants n’y trouvaient pas non plus leur compte.
Désir d’autonomie
Etant donné que la prise en charge complète de l’environnement NX-CAM chez l’utilisateur est assurée depuis des années par Janus Engineering en Suisse, Antonio Bressi a pensé qu’il devrait être possible de programmer le robot dans Siemens NX de manière aussi simple que pour les autres machines-outils. Suite à sa demande, Janus a donné le feu vert au projet. NX CAM, système polyvalent, dispose en effet des fonctions nécessaires pour intégrer des systèmes robotisés, effectuer les simulations correspondantes et créer le programme robot souhaité.
Réduire les temps d’arrêt
Uwe Roosz, chef de projet chez Janus Engineering, a organisé une séance kick-off en février 2021 afin de définir les exigences de la cellule de rectification robotisée. Il s’est avéré que l’investissement nécessaire était raisonnable et que le retour sur investissement pouvait être atteint à court terme. Les experts de Janus ont donc arrêté un budget transparent, définit un calendrier ainsi qu’un plan de projet. L’analyse a montré qu’une grande partie des mouvements pouvait être simulée et faire l’objet d’une programmation robotique. Le processus de rectification étant toutefois très complexe, il est recommandé de procéder à un rodage. A cela s’ajoute le fait que la cellule de rectification, avec les produits abrasifs utilisés, dispose naturellement de certaines tolérances lequelles doivent toujours être prises en compte. Cela étant, les temps d’arrêt constatés à la fin du projet sont nettement plus courts que par le passé et, l’expérience aidant, continueront de diminuer à l’avenir.
Une nouveauté: la reprogrammation de la commande
La commande de l’ensemble de la cellule de rectification avec tous les modules qu’elle contient, y compris le robot, s’effectue dans un programme propre à INSYS. Tous les paramètres de tous les éléments y sont intégrés. Le défi qu’a dû relever Janus Engineering était de reproduire le programme complet, puisqu’il n’était pas possible de donner des instructions individuelles au robot pour modifier le programme INSYS. L’entreprise a donc lancé un processus de rétro-ingénierie qui a permis de reproduire toutes les opérations pour chaque meule, chaque bande abrasive et chaque mouvement du robot. Le résultat sera un programme au format XML conçu par l’entreprise pour commander la cellule complète, laquelle est désormais disponible pour Zeller Biomet dans NX CAM. L’apparence et le ressenti correspondent à 100 pour cent à la commande originale d’INSYS. Une nouveauté que personne n’avait encore réussi à réaliser.
Pour des valeurs très spécifiques comme la «pression de rectification», le prestataire de services a créé des masques modèles où ces valeurs peuvent être saisies manuellement dans NX CAM. Comme il y avait deux cellules INSYS avec des versions différentes, il a fallu créer un programme de commande pour chacune d’elle. C’est cette adaptation fine aux installations existantes qui a constitué le gros du projet.
Une base uniforme pour plus de flexibilité et d’efficacité
Outre le gain de productivité, le principal avantage pour le client réside dans l’atteinte de l’objectif initial, à savoir la programmation autonome. Le client peut enfin créer sans attendre des programmes de robot en régie propre. De plus, grâce à NX CAM, l’ensemble du programme de fabrication se trouve désormais dans un environnement logiciel homogène. Janus a facilement formé aux fonctions robotiques les programmeurs internes, ces derniers connaissant déjà NX CAM. Corriger ou adapter un parcours de rectification pourra donc se faire rapidement et facilement sans aide externe. Les programmes peuvent être gérés aussi bien que les programmes CNC et peuvent désormais servir de modèle pour des tâches de rectification analogues.
Le potentiel d’économie est énorme. Antonio Bressi estime que le gain de temps est de 15 pour cent au minimum. En outre, la simulation permet désormais au client d’expérimenter les limites du système de rectification et d’effectuer lui-même des corrections de manière efficiente. Les retouches manuelles qui pouvaient être parfois nécessaires auparavant n’ont donc plus de raison d’être. Une flexibilité nouvelle, qui est également une véritable valeur ajoutée.
Mise en œuvre réussie du projet
Au beau milieu du projet, début décembre 2022, tombe la nouvelle selon laquelle INSYS Industriesysteme avait déposé le bilan et était en liquidation. Voilà qui n’a pas manqué de surprendre tout le monde, les personnes concernées au premier chef réalisant alors à quel point elles avaient raison de viser l’autonomie. Antonio Bressi se dit donc soulagé aujourd’hui: «Nous sommes très satisfaits de la mise en œuvre, et tout s’est même déroulé de manière brillante selon moi. La collaboration avec Janus Engineering a été très bonne, nous avons collaboré de manière pragmatique et avons rondement mené ce projet. Les délais, le budget ainsi que le calendrier ont été respectés. La communication a été exemplaire et l’approche structurée». Et Bressi de poursuivre: «Ensemble, nous avons réussi à définir un standard dans NX CAM pour Zimmer Biomet pour la programmation robotique des deux cellules de rectification INSYS existantes. La prochaine étape consistera à optimiser ce standard. À l’avenir, nous souhaitons poursuivre de manière ciblée la stratégie d’automatisation et de développement de nos propres capacités».