Sciage précis et efficace des matériaux des âmes utilisés dans la construction légère
Dans le but de réduire les émissions de CO2 et la consommation d’énergie tout en augmentant la mobilité, la demande en matériaux à la fois plus légers et plus résistants ne cesse de croître. Dans ce contexte, les matériaux des âmes utilisés dans la construction légère jouent un rôle central. La part de ces matériaux d’âmes augmente dans de nombreux secteurs, notamment dans l’aéronautique et l’aérospatiale, les véhicules de transport, l’éolien, etc. Le traitement de ces matériaux d’âmes de grande qualité nécessite des technologies de coupe spécifiques afin d’obtenir une précision maximale avec un minimum de perte de matériau.
Les matériaux des âmes tels que les nids d’abeilles en aramide, en aluminium et en fibre de verre sont par exemple utilisés dans les habitacles, les extrémités d’ailes, les ailerons et de nombreuses autres pièces d’avions civils et militaires, d’hélicoptères, etc. Afin d’améliorer l’efficacité énergétique, les pales des rotors sont de plus en plus grandes. Cela accroît les exigences en matière de matériaux légers. Les matériaux d’âmes utilisés pour les pales des rotors sont, par exemple, le PET (recyclé), les mousses rigides en PVC, le balsa, etc. Dans les véhicules de transport, les trains et les bateaux, on utilise des panneaux en mousse rigide (par exemple PET ou PU) et des structures en nid d’abeille (par exemple PP) pour former les éléments d’aménagement intérieur, les parois latérales, le toit, le plancher, les cloisons, les équipements sanitaires, etc. En général, ces matériaux d’âmes légers sont transformés en une sorte de structure en panneaux sandwich, par exemple en les renforçant avec des fibres de verre ou de carbone afin d’augmenter leur stabilité.
Utilisation de matériaux d’âmes en construction légère, exemples d’application
Exigences relatives au processus de sciage
Ces matériaux d’âmes pour la construction légère, qu’il s’agisse de nids d’abeilles en aramide, de mousse rigide PET, de nids d’abeilles PP ou de balsa, sont d’abord transformés en blocs bruts de haute qualité au moyen de divers procédés coûteux.
Le sciage horizontal constitue l’un des principaux processus de la chaîne de valeur menant aux produits finis mentionnés ci-dessus. Afin de préserver au maximum les matériaux de haute qualité lors du sciage, l’accent est mis sur un trait de coupe très fin, tout en garantissant une précision et une productivité élevées : plus le trait de coupe est fin, moins il y a de perte de matériau lors du sciage. Pour la fabrication des composants ci-dessus, on utilise des scies à ruban horizontales et des lames de scie spéciales qui répondent à ces exigences.
Grâce aux scies à ruban horizontales, les clients obtiennent, lors de la coupe de nids d’abeilles en aramide d’une largeur de coupe supérieure à 2 mètres, des traits de coupe inférieurs à 1 mm, par exemple, en fonction du type de pièce.
Pour réaliser des économies de matériaux significatives à long terme, chaque dixième de millimètre compte au niveau du trait de coupe. Par ailleurs, l’utilisation de lames de scie très fines impose de respecter des tolérances d’épaisseur très strictes, inférieures à +/-0,15 mm.
Lors de l’utilisation de panneaux en mousse rigide PET pour les pales des rotors des éoliennes, outre les tolérances d’épaisseur (de l’ordre de +/- 0,3 mm), l’absorption de la résine (resin uptake) joue également un rôle important. Celle-ci dépend également de la qualité de la surface après le sciage. Des objectifs variés, tels qu’une qualité de surface optimale associée à une productivité élevée et à un trait de coupe aussi fin que possible, imposent des exigences élevées au processus de sciage et au choix des lames de scie adaptées.
Objectifs relatifs au processus de sciage et à la lame de scie
En fonction de l’application et du matériau, divers objectifs, classés selon des ordres de priorité différents, peuvent être pris en compte lors du sciage des âmes de structures légères. Parmi les exigences typiques, on peut citer notamment une grande précision associée à une faible tolérance d’épaisseur de seulement +/- 0,05 mm pour les nids d’abeilles en aramide. Il s’agit ensuite d’atteindre une productivité aussi élevée que possible, avec des avances pouvant atteindre 15 m/min pour la mousse rigide PET. Une qualité de surface bien définie, par exemple une fibrose minimale pour les nids d’abeilles en aramide, l’absence de rayures ou une absorption optimisée de la résine pour la mousse PET et le balsa, constitue une autre exigence imposée au processus de sciage. On réduit au maximum la perte de matériau grâce à un trait de coupe fin et en évitant les coupes de délignage inutiles (par exemple après un changement de lame de scie). Il est également essentiel que la disponibilité des machines soit élevée, que les changements de lame soient aussi rares que possible, que la durée de vie de la lame soit longue et que la répétabilité des résultats de coupe soit garantie.
Pour atteindre les objectifs mentionnés ci-dessus, l’utilisation de lames de scie à ruban adaptées, dont les paramètres sont parfaitement ajustés, joue un rôle déterminant. Une large fenêtre de processus permet d’optimiser ces objectifs en fonction de l’application et des priorités.
Au centre d’essais, les lames de scie adaptées à chaque application sont testées en collaboration avec le client. On utilise à cet effet des lames de scie extrêmement fines (par exemple 0,5 mm d’épaisseur) et des rubans robustes (par exemple 1,1 mm d’épaisseur et 34 mm de largeur) disponibles en différentes versions : avec pointes des dents trempées, bilames, stellités ou revêtus de métal dur, pour ne citer que quelques exemples.
Outre le choix de la lame de scie adaptée, des technologies spécifiques sont mises en œuvre pour atteindre les objectifs ci-dessus, telles que des guides-lames de haute précision, protégés contre la poussière et faciles à régler. Il faut en outre atteindre des vitesses de lame de scie élevées, supérieures à 4 000 m/min. Le système intelligent de tension des lames de scie joue un rôle important : il suffit d’indiquer la tension souhaitée sur le panneau de commande pour que les lames soient automatiquement soumises à la pression de tension calculée. Le réglage de la lame de scie à la hauteur de coupe souhaitée, avec une précision de positionnement de +/- 0,05 mm, s’effectue de manière dynamique et avec une grande précision. Le serrage précis des pièces grâce à des zones de vide à réglage automatique en fonction de la taille de la pièce joue également un rôle important.
Solutions clé en main avec manutention des matériaux
On utilise souvent des solutions de scie à ruban dans lesquelles les blocs bruts sont chargés à l’aide d’un système spécial de manutention des blocs et les panneaux sciés sont retirés manuellement. On a toutefois de plus en plus besoin de solutions clé en main proposées par un fournisseur unique, dans lesquelles l’alimentation de la scie en blocs s’effectue automatiquement via des zones tampons. Les panneaux sciés sont ensuite déchargés automatiquement par un robot ou un système de manutention à portique, puis triés si nécessaire. Les panneaux passent ensuite, par exemple, par une station de nettoyage, puis par le contrôle qualité (poids, dimensions, contrôle par ultrasons, etc.), avant d’être marqués par impression puis empilés. De plus en plus souvent, l’ensemble du processus de fabrication s’effectue via une installation de production interconnectée, fabriquée par un fournisseur unique.
Numérisation du processus de sciage : le cockpit numérique
La représentation numérique du processus de sciage permet en outre d’optimiser la productivité. Diverses applications permettent de surveiller le fonctionnement de la scie à ruban et facilitent l’analyse des données qui s’ensuit. Cela s’effectue à la fois à l’aide de données en temps réel et sur la base de données historiques agrégées, qui sont enregistrées en continu.
L’application de surveillance enregistre par exemple les vitesses des axes et la consommation électrique des entraînements, mais aussi les données de position des axes des machines, et bien plus encore. Chaque enregistrement peut être filtré à l’aide de valeurs théoriques et réelles. Si une valeur dépasse un seuil prédéfini, une alerte personnalisée est envoyée via l’application Alarming. La direction de production peut alors intervenir immédiatement et analyser l’anomalie.
Heermann Maschinenbau GmbH
Forte d’une expérience de plus de 100 ans, la société HEMA développe, fabrique et commercialise des scies à ruban et des systèmes de coupe destinés à divers matériaux et domaines d’application. Les solutions pour la coupe de matériaux légers ainsi que des matériaux de construction et isolants constituent un point fort essentiel de notre portefeuille de produits. L’entreprise fournit des solutions de scie à ruban et de coupe, allant de la machine individuelle aux lignes complètes de traitement des blocs, comprenant le chargement, le sciage, le délignage, la manutention, le transport, le ponçage, etc. Elle se concentre sur des solutions flexibles, hautement précises et adaptées aux besoins spécifiques de ses clients. HEMA exporte vers l’Europe, les États-Unis et l’Asie.Son taux d’exportation s’élève à 90 %.
Depuis janvier 2022, HEMA fait partie du groupe autrichien WINTERSTEIGER. Avec la société WINTERSTEIGER Sägen GmbH, située à Arnstadt en Thuringe, HEMA dispose d’un interlocuteur au sein même du groupe pour le développement et la production de lames de scie. La société VAP-Wintersteiger GmbH, située à Mettmach (Autriche), un spécialiste de l’automatisation fort de plus de 20 ans d’expérience dans l’automatisation des lignes de production, fait également partie du projet. Comme WINTERSTEIGER, HEMA est également spécialiste et leader en termes de technique et de qualité dans cette niche.
Heermann Maschinenbau GmbH
www.hema-saegen.de
72636 Frickenhausen / Allemagne