Présentation d'outils appropriés pour l'innovation dans les process métiers

DNA - Design Numérique Appliqué à l'Artisanat

Les types de machines à commande numérique :

Les machines numériques se divisent en deux familles, celles qui permettent le retrait de la matière, appelées à opération soustractive (fraiseuse CNC, découpe laser etc.), et celles qui permettent l'accumulation ou l'assemblage de matières, appelées à opération additive (imprimante 3D, brodeuse numérique etc.).

Pour utiliser une machine numérique, il faut lui transmettre un fichier qu'elle pourra traduire en coordonnées de déplacement (sur X, Y et Z) pour chacun de ses moteurs. Pour le dire simplement, le dessin 2D (dessin vectoriel) peut être vu comme le parcours (ou circuit) que l'outil va suivre. Il va permettre ainsi la découpe ou la gravure sur le matériau choisi. Il en va de même pour la modélisation 3D et les opérations additives (impression 3D), à la différence que le chemin sera effectué par strates successives, et donc répétée plusieurs fois. Durant l'ajout de matière, une élévation de l'outil, sur l'axe Z, permettra l'empilement des couches successives. Pour résumer, c'est à partir de ce fichier, et donc de ce dessin vectoriel, assez simple en soi, que la machine va pouvoir calculer tous les déplacements qu'elle va devoir effectuer. Elle va ainsi synchroniser l'action de ses moteurs sur la base du fichier qu'elle aura reçu.

Qu'il s'agisse d'opérations de nature additive ou soustractive, le fichier numérique (dessin vectoriel ou modélisation 3D) transmis à la machine va être automatiquement généré, en arrière plan, pour devenir un code mathématique complexe. Ce code, lisible par le programme de la machine, permet de transmettre à chaque composante de la machine (principalement les différents moteurs) les actions et déplacements individuels à effectuer pour que, in fine, l'outil (laser, plasma, jet d'eau...) reproduise le parcours et donc opère le suivi du dessin. Une fois le fichier transmis à la machine, il est donc générer dans ce nouveau code par le programme : logiciel propriétaire (logiciel intégré à la machine). Celui-ci va ainsi piloter les moteurs de la machine sur le chemin qu'elle doit parcourir.

Avant de lancer l'opération, le logiciel propriétaire à besoin de connaitre les réglages à attribuer à l'outil opérant (laser, plasma, jet d'eau etc.). Jusqu'à présent, la création du fichier à donner uniquement à la machine la connaissance du parcours à effectuer. Maintenant, sur le logiciel propriétaire, il faut renseigner le comportement de la machine. Cela peut être, par exemple, la vitesse de déplacement ou le niveau de puissance de l’outil. Il s'agit de paramètres ajustables qui se déterminent en fonction du matériau qui sera sujet de l'intervention. Par exemple, pour la découpe d'une planche de bois, ces paramètres vont variés selon la nature du bois (densité du bois) et son épaisseur. Pour une opération de découpe laser sur du bois massif de frêne par exemple, plusieurs essais de puissance et de vitesse de déplacement sont à réaliser. Ces deux paramètres sont à évaluer l'un par rapport à l'autre. Si le déplacement du laser est trop rapide, par rapport à sa puissance, il ne pourra pas suffisamment pénétrer le bois pour le couper. A l'inverse, si le déplacement est trop lent par rapport à la puissance, le laser aura le temps de couper mais aussi de bruler le bois. Il aura donc tendance à noircir fortement les zones coupées. Il faut donc procéder à quelques essais pour évaluer le meilleur rapport vitesse/puissance. Enfin, selon les essences de bois, et donc leurs propriétés propres, ces paramètres sont à revoir et à mémoriser une fois qu'ils sont adaptés au matériau employé.

Pour synthétiser cette introduction, il faut bien comprendre qu'il y a deux programmes ou deux logiciels complémentaires. Le premier qui est celui qui vous permet la création du dessin vectoriel ou de la modélisation 3D. Celui-ci s'installe sur votre ordinateur et vous permettra la création et l'export de votre fichier référent. Et ensuite le second, qui est associé à la machine, qui va traduire votre fichier en une suite de coordonnées mathématique complexe à destination des moteurs. Ce second programme ne vous demandera pas de comprendre ce code complexe mais seulement de lui donner les dernières informations sur la performance de l'outil, et notamment sa vitesse de déplacement et sa puissance. Quelque soit le type technologie de l'outil (laser, plasma, cutter, jet d'eau, imprimante 3D etc.) le processus sera le même. D'abord la création du fichier sur votre ordinateur, l'export de ce fichier à destination du second (le plus souvent au format DXF ou SVG), et pour finir les quelques réglages de comportements de la machine.

Machines

Opération soustractive :

Faiseuse numérique CNC (CNC : Computer Numerical Control : Controle Numérique par Ordinateur)

Fraiseuse sur table (base : tracé vectoriel) :

Fraiseuse numérique portative (bois, pierre tendre) : (base : tracé vectoriel)

Exemple : Shaper Origin

Découpe laser (grave et coupe : bois, plexiglass, textile, feutre, carton) :

Découpe laser (base : tracé vectoriel)

Slice 3D

Découpe de tranche 3D avec la découpe laser.

Cela permet de recomposer un élément 3D par une décomposition par tranche (Slice 3D) . Cette opération permet de transformer un objet modélisé en 3D en une composition de plaque 2D. Un logiciel permet d'opérer la transformation. Cette opération peut être utile pour la création de gabarit 3D et de reconstitution de volume simple.

Gravure laser

La machine laser peut brûler le matériau avec plus ou moins de puissance et ainsi permettre un retrait de matière variable. Cet affinage de la puissance du laser rend possible la gravure sur des échelles assez fines. Pour ce faire, un fichier photo en noir et blanc (niveaux de gris) peut servir de fichier de gravure. En effet la machine laser va brûler les zones en noir et ne pas bruler les zones en blanc. Aussi selon le niveau de gris plus sombre ou plus clair, elle va plus ou moins bruler le matériau.

Gravure laser (base : photo en niveau de gris)

Découpe plasma (metal) : (base : tracé vectoriel ) :

Cutter de découpe (cuir, textile, papier, carton) : (base : tracé vectoriel)

Découpe Jet d'eau

Chefcut, machine jet d'eau spécialisée pour les produits alimentaires (Pâtissiers, chocolatiers, et traiteurs).

Elle permet des découpes originales sur le chocolat en plaque ou en volume. Pour la pâtisserie ce type d'outil permet d'optimiser la découpe de gâteaux. Notamment pour les gâteaux fabriqués sur plaques rectangulaires (appelés cadres). L’intérêt, outre les formes originales qui sont permises, le jet d'eau très fin évite la perte de matière résiduelle qui reste collée au couteau dans le process classique.

Cet outil peut être considéré dans sa capacité à optimiser les formes de création et constitue une alternative aux procédés classiques telles que la fabrication de moules spécifiques et découpe au couteau et à la guitare. Il a aussi l'avantage de minimiser les pertes de matières par la coupe très fine (jet de diamètre 0.10 à 0.15 mm) permise par le procédé de jet d'eau haute pression et une commande numérique de précision.

Opération additive :

Imprimante 3D (plastique, céramique, chocolat) : (base : fichier 3D)

Plastique :

Céramique :

Brodeuse numérique (textile, papier, feutre) :

La brodeuse numérique peut être envisagée pour des opérations de tracer au piquage. Plutôt que son utilisation au sens strict de "broder", il est possible d'utiliser ce matériel pour du micro-matelassage. Comme pour les photos, présentées ici, un matériau de garnissage peut-être intégré entre deux textiles et ainsi permettre un travail en volume.