L'innovation fait entrer la GDE dans l'ère de l'industrie 4.0

L'usinage par électroérosion (EDM) est un procédé de fabrication érosif pour les matériaux conducteurs. Le processus utilise les décharges (étincelles) entre une électrode ou un fil (l'outil d'érosion) et une pièce à usiner électriquement conductrice. Chaque étincelle enlève une partie d'une pièce, un processus thermoélectrique. Le processus est critique pour tout, de l'industrie automobile aux technologies de l'information ; les voitures ou même les smartphones ne pourraient pas être produits économiquement aujourd'hui sans la GDE. Ce procédé est utilisé là où d'autres procédés d'usinage mécanique atteignent leurs limites, par exemple dans la production de trous ou de fentes très profonds et étroits dans des matériaux extrêmement durs ou avec des surfaces très complexes.

Une procédure élaborée
L'érosion par étincelles permet d'usiner des pièces jusqu'aux plus petites dimensions. "Chaque étincelle peut être utilisée pour enlever un point spécifique de la pièce", explique Marco Boccadoro, ingénieur diplômé de l'ETH. Il est responsable de la recherche et de l'innovation en matière d'EDM chez GF Machining Solutions à Losone (TI). Ce constructeur de machines suisse, une division du groupe de construction mécanique +GF+, joue dans la cour des grands en matière de GED. Et Marco Boccadoro confirme pourquoi la technologie GED n'est pas facile à maîtriser. Après tout, le défi de la GDE - comme de nombreux autres procédés industriels - est d'assurer une qualité constante et reproductible. La GDE est encore un processus relativement lent et coûteux. Dans le cas de l'électroérosion par enfonçage, chaque électrode doit d'abord être fabriquée pour correspondre à la pièce à usiner. En raison de la forte densité énergétique des décharges et du petit écart entre les électrodes, le processus d'EDM est très complexe à contrôler. Une vingtaine de paramètres doivent être contrôlés en temps réel, ce qui dépasse les capacités d'un opérateur humain. "Pour cette raison, nos machines contiennent un système expert, une sorte de grande base de données qui fournit des paramètres optimisés pour la plupart des applications. Mais pour plusieurs tâches d'usinage, notamment dans les applications de production comportant des tâches répétitives, il y a beaucoup de place pour l'amélioration. C'est là que l'intelligence artificielle peut aider en fournissant une capacité d'apprentissage à la machine", poursuit Marco Boccadoro. "Nos machines sont en fait constituées à 80 % d'électronique et d'ordinateurs purs, ce qui les prédestine à l'industrie 4.0."

Mesure et correction dans le processus en cours
Un autre élément important de Industry 4.0 est l'utilisation de capteurs, en particulier la vision artificielle. Il s'agit plus précisément de la mesure sans contact de trous percés par EDM ou de contours érodés par fil. Marco Boccadoro : "Nous avons développé un système qui inspecte le contour d'un trou au moyen d'une caméra de haute précision, l'unité de vision intégrée IVU. Il s'agit donc d'une question de mesure optique et d'enregistrement des valeurs mesurées. Ce qui est nouveau, c'est que les informations de la caméra sont renvoyées à la CNC et que la machine peut immédiatement en tirer des suggestions pour ajuster le processus ou apporter des corrections". En principe, il s'agit d'Industry 4.0 dans sa forme la plus pure : un appareil optique qui est alimenté numériquement ; en d'autres termes, un système qui non seulement mesure, mais agit également sur la base des résultats de mesure, pour ainsi dire "d'un seul coup". Conséquence : moins de rejets, moins d'interruptions de processus et des temps de démarrage plus courts. Cela permet notamment de produire de manière encore plus économique des moules complexes, tels que des matrices et des poinçons pour l'industrie du plastique et la fabrication d'outils ou des instruments de précision pour la technologie médicale.

Inspecter les surfaces fonctionnelles
Un autre domaine d'application de ce système de mesure est l'inspection des rugosités et des surfaces fonctionnelles générées par le processus de GED. Une surface fonctionnelle a des propriétés telles que des effets autonettoyants causés par certaines structures moléculaires. De telles structures et, surtout, les défauts qu'elles présentent peuvent difficilement être mesurés, sauf en utilisant des appareils de mesure de la rugosité extrêmement coûteux. Dans le cadre d'un projet de recherche financé par la CTI, l'équipe de Marco Boccadoro travaille sur un "interprète de surface" en collaboration avec la Haute école spécialisée italo-suisse SUPSI et l'Institut d'intelligence artificielle IDSIA de Lugano. L'objectif est de pouvoir mesurer la qualité et la fonctionnalité de la surface ainsi que la rugosité pendant le processus, et de détecter et corriger les défauts sans avoir à retirer une pièce de la machine. Les développeurs s'inspirent notamment de l'expérience acquise dans la recherche sur le cancer, où des systèmes similaires et l'utilisation de l'intelligence artificielle peuvent déjà servir à identifier des formes de cancer de la peau - c'est-à-dire un type de défaut de la peau qui est aussi une surface fonctionnelle. Cela montre que grâce à la collaboration interdisciplinaire entre un large éventail de sciences, des innovations sont créées qui aideront les projets Industry 4.0 à réaliser une percée.