micro5

date
2016 — 2019
groupe de compétences
Conception des moyens de production, Informatique industrielle

La fraiseuse 5 axes grande comme une machine à café

Par rapport aux fraiseuses 5 axes traditionnelles, la micro5 occupe cinq fois moins de surface au sol et consomme dix fois moins d’énergie, tout cela avec une qualité d’usinage supérieure. Cette innovation ouvre la voie à une véritable révolution dans la production des composants microtechniques.

Contexte et enjeux

La fraiseuse 5 axes micro5 est née dans le cadre du programme EcoSwissMade de la HES-SO.

Dirigé par Claude Jeannerat, professeur à la HE-Arc Ingénierie, ce programme a pour objectif de proposer des méthodes de fabrication apportant une amélioration des performances ou une optimisation des matériaux, des flux d’énergie et des outils de production, prenant en compte notamment l’efficience énergétique. Les solutions proposées doivent être immédiatement transposables à l’industrie.

La micro5

Pourquoi utiliser de gigantesques machines pour usiner des composants microtechniques? Telle est la question qui se trouve à l’origine de la micro5. Claude Jeannerat et les ingénieurs du groupe de compétences en Conception des moyens de production se sont lancé un défi: créer une fraiseuse 5 axes capable d’usiner un cube de 50 mm d’arête en consommant un minimum d’énergie, cela sans perte de qualité d’usinage.

Les machines 5 axes utilisées pour usiner une carrure de montre, par exemple, sont des mastodontes pesant plusieurs tonnes et disposant d’une puissance installée approchant les 30 kW. Nous avons cherché à concevoir une machine dont les dimensions seraient plus adaptées à la taille des pièces qu’elles fabriquent. Le diamètre d’une carrure de montre est inférieur à 50 mm et une puissance de 400 W suffit pour l’usiner.
Claude Jeannerat
Professeur à la HE-Arc Ingénierie

Se basant sur les études scientifiques les plus récentes, Claude Jeannerat et son équipe sont arrivés à la conclusion que le ratio optimal entre la taille de la pièce à usiner et celle de la structure machine était de 1:5. Il ne leur restait plus qu’à créer une 5 axes à peine plus grande qu’une machine à café… What else ?

« L’air ambiant suffit à maintenir cette station d’usinage miniature à sa température optimale de fonctionnement», explique Claude Jeannerat. « Et cinq minutes suffisent pour qu’elle atteigne sa température de marche, alors qu’il faut plusieurs heures à une machine pesant plus d’une tonne. »

Les objectifs visés dépassent les espérances: outre un gain de place évident au sein de l’atelier de production, la consommation énergétique est dix fois plus basse, cela sans la moindre perte de qualité d’usinage.

De la micromachine à la micro-usine: une vision du manufacturing de demain

Alors que les prix des surfaces industrielles et de l’énergie sont voués à prendre l’ascenseur, la micro5 constitue l’une des innovations les plus prometteuses pour donner à la Suisse les moyens de rester concurrentielle, tout en répondant aux objectifs environnementaux fixés par la Confédération.

Elle s’inscrit parfaitement dans le smart & micro-manufacturing, l’un des quatre domaines d’activité stratégiques de la HE-Arc Ingénierie, qui vise à fournir à l’industrie régionale des solutions de production flexibles, efficientes et interconnectées, dans la mouvance Industrie 4.0.

L’idée-force de la micro5 est d’adapter la taille des machines à celle des pièces qu’elles fabriquent. Or, si les manufactures adaptaient la dimension de leurs usines à celle de ces micromachines, il ne serait plus utopique de vouloir construire des usines à taille humaine, comme à l’époque de l’essor de l’industrie horlogère – une vision d’autant plus réaliste qu’il est aujourd’hui possible, grâce à l’internet des objets, d’interconnecter à distance tout un parc de machines.

De là à revoir des micro-usines dans les localités désindustrialisées, voire des micromachines sur l’établi du paysan-horloger, il n’y a plus qu’un pas.

micro5: données techniques

Architecture sérielle: 5 axes
Dimension pièce: 50 x 50 x 50 mm
Fraisage UGV, MicroEDM, ultrason
Répétabilité visée: 0.5 µm
Précision visée: 2 µm
Course X-Y-Z: 75-56-50 mm
Masse totale: 35 kg
Masses mobiles: 10 kg
1ère fréquence propre structurelle: 600 Hz

Axes linéaires

Avance rapide: 30 m/min
Accélération: 20-25 m/s2

Broche

Ø outils: max 3mm
Vitesse: 60’000 tr/min
Puissance: 315 W

Axes rotatifs

Axe B: -12° à 102° / 400 min-1
Axe C: 360° / 1500 min-1
Résolution: 0.002°

Valorisation

  • La micro5 a été dévoilée le 19 avril 2016 sur le stand de la Haute Ecole Arc Ingénierie au SIAMS, à Moutier et a suscité un vif intérêt pendant tout le salon.
  • La micro5 a reçu le prix spécial du jury du salon EPHJ-EPMT-SMT le 14 juin 2016 pour la qualité de l’innovation proposée. Considérant qu’une école ne peut être considérée comme une entreprise, et suite aux nombreux suffrages obtenus, le Jury a décidé d’accorder ce prix exceptionnellement.
  • Dans le cadre de son excursion estivale, le Conseil fédéral a découvert la micro5, le 7 juillet 2016, au Parc technologique de St-Imier. Le professeur Claude Jeannerat a présenté cette innovation aux conseillers fédéraux Ueli Maurer, Doris Leuthard et Johann Schneider-Ammann.
  • Au SIAMS 2018, la HE-Arc Ingénierie a fait une transition entre la présentation de la micro5 en 2016 et celle d’une micro-usine en 2020. Nous y avons présenté les résultats probants des tests d’usinage effectués sur la micro5 depuis deux ans. Nos chercheurs ont notamment fait une découverte extraordinaire: le suivi des variations de consommation électrique de la broche au cours du cycle d’usinage permet de dire si la pièce usinée est bonne. La micro5 devient donc auto-apprenante et autonome. Le graal du closed loop manufacturing, sans équipement de contrôle périphérique, en quelque sorte!

Transfert technologique

En tant qu’institution publique, la HE-Arc Ingénierie n’a pas pour vocation de fabriquer des machines. Sa mission est de conduire des programmes de recherche appliquée, d’assurer le transfert technologique et d’offrir diverses prestations de services, tout cela en faveur de l’industrie régionale.

Concernant la valorisation du concept micro5, la HE-Arc Ingénierie a choisi de faire bénéficier l’industrie régionale de tout le travail. Elle a confié à ARCM la tâche d’en assurer le transfert technologique. Après avoir adhéré à cette nouvelle association de recherche communautaire, les industriels peuvent bénéficier de deux jours de formation sur les principes et la méthodologie de conception utilisés pour créer cette micromachine 5 axes. Les plans d’ensemble de la micro5 leur sont également remis.

Chef de projet