Structure, composants, câblage électronique, facilité d'entretien.

L'intégration du génie mécanique, électrique, de la programmation et du contrôle n'est pas chose aisée. Toutefois, l'intégration des avancées technologiques et la concentration sur ces cinq domaines peuvent simplifier le processus et rendre la mécatronique accessible à tous.

Les cycles de développement produit rapides et les progrès technologiques actuels ont accru le besoin d'une ingénierie plus pluridisciplinaire. Alors qu'autrefois l'ingénieur mécanicien se concentrait sur le matériel, l'ingénieur électricien sur le câblage et les circuits imprimés, et l'ingénieur en contrôle sur les logiciels et la programmation algorithmique, la mécatronique réunit ces domaines pour offrir une solution de mouvement complète. Les progrès et l'intégration de ces trois domaines rationalisent la conception mécatronique.

C’est cette simplification qui est à l’origine des progrès en robotique et en systèmes cartésiens multi-axes pour les applications industrielles et la fabrication, de l’automatisation pour les marchés de consommation dans les kiosques et les systèmes de livraison, ainsi que de l’adoption rapide des imprimantes 3D par la culture populaire.

Voici cinq facteurs clés qui, combinés, facilitent la conception mécatronique.

1. Guides linéaires intégrés et structure

En conception de machines, les ensembles de roulements et de guidages linéaires sont utilisés depuis si longtemps que la mécanique d'un système de mouvement est souvent négligée. Cependant, les progrès réalisés en matière de matériaux, de conception, de fonctionnalités et de méthodes de fabrication justifient l'étude de nouvelles options.

Par exemple, l'alignement pré-conçu intégré aux rails parallèles lors de leur fabrication permet de réduire les coûts grâce à un nombre inférieur de composants, une précision accrue et une diminution des variables en jeu sur toute la longueur du rail. Ces rails parallèles facilitent également l'installation en éliminant le besoin de fixations multiples et l'alignement manuel.

Auparavant, il était presque certain que, quel que soit le système de guidage linéaire choisi par un ingénieur, il lui faudrait également prévoir des plaques de montage, des rails de support ou d'autres structures pour assurer la rigidité nécessaire. Les nouveaux composants intègrent ces structures de support directement dans le rail linéaire. Ce passage de la conception de composants individuels à des conceptions monoblocs ou à des sous-ensembles intégrés permet de réduire le nombre de composants, tout en diminuant les coûts et la main-d'œuvre.

2. Composants de transmission de puissance

Le choix du mécanisme d'entraînement ou des composants de transmission de puissance appropriés est également un facteur important. Le processus de sélection, qui consiste à trouver le juste équilibre entre vitesse, couple et précision de fonctionnement du moteur et de l'électronique, commence par la compréhension des performances que chaque type d'entraînement peut offrir.

Tout comme la transmission d'une voiture en quatrième vitesse, les transmissions par courroie conviennent aux applications exigeant des vitesses élevées sur de longues courses. À l'opposé, les vis à billes et les vis sans fin offrent des performances comparables à celles d'une voiture avec une première et une deuxième vitesse puissantes et réactives. Elles offrent un bon couple et excellent lors des démarrages, arrêts et changements de direction rapides. Le tableau illustre les différences entre la vitesse des courroies et le couple des vis sans fin.

À l'instar des progrès réalisés dans le domaine des rails linéaires, l'alignement pré-conçu est un autre domaine où la conception des vis-mères a évolué afin d'offrir une meilleure répétabilité dans les applications dynamiques. Lors de l'utilisation d'un coupleur, il est essentiel de veiller à l'alignement du moteur et de la vis pour éliminer les vibrations qui réduisent la précision et la durée de vie. Dans certains cas, le coupleur peut être complètement supprimé et la vis fixée directement au moteur, intégrant ainsi les aspects mécaniques et électriques. Cette méthode permet de réduire le nombre de composants, d'accroître la rigidité et la précision, et de diminuer les coûts.

3. Électronique et câblage

Les configurations classiques des systèmes électroniques de commande de mouvement comprennent des câblages complexes, ainsi que des armoires et des éléments de fixation nécessaires à l'assemblage et au logement de tous les composants. Il en résulte souvent un système non optimisé, difficile à régler et à entretenir.

Les technologies émergentes offrent des avantages système en intégrant directement le pilote, le contrôleur et l'amplificateur sur un moteur « intelligent ». Non seulement l'espace nécessaire au logement des composants supplémentaires est éliminé, mais le nombre total de composants est réduit et le nombre de connecteurs et de câblages est simplifié, ce qui diminue les risques d'erreur et permet de réaliser des économies de coûts et de main-d'œuvre.

4. Conçu pour la fabrication (DFM)

• Mise entre parenthèses

Outre la simplification de l'assemblage des rails dans les conceptions intégrées, l'expérience et les technologies émergentes telles que l'impression 3D renforcent votre capacité à créer des prototypes d'assemblages mécatroniques et robotiques conformes aux normes de fabrication. Par exemple, la fabrication de supports de connecteurs sur mesure pour les systèmes de mouvement était souvent coûteuse et chronophage en atelier d'outillage ou de fabrication. Aujourd'hui, l'impression 3D vous permet de créer un modèle CAO, de l'envoyer à l'imprimante 3D et d'obtenir une pièce fonctionnelle en un temps record et à un coût considérablement réduit.

• Connectivité

Un autre aspect de la conception pour la fabrication (DFM) déjà abordé concerne l'utilisation de moteurs intelligents intégrant l'électronique directement sur le moteur, ce qui simplifie l'assemblage. De plus, les nouvelles technologies qui regroupent connecteurs, câblage et gestion des câbles en un seul élément simplifient l'assemblage et éliminent le besoin de lourds porte-câbles traditionnels en plastique.

5. Maintenabilité à long terme

Les nouvelles technologies et les progrès en matière de conception influent non seulement sur la faisabilité de la fabrication initiale, mais aussi sur la maintenabilité d'un système. Par exemple, l'intégration du contrôleur et du variateur au moteur simplifie le dépannage. L'accès au moteur et à l'électronique est ainsi dégagé et direct. De plus, de nombreux systèmes peuvent désormais être mis en réseau, permettant un accès depuis pratiquement n'importe quel endroit pour effectuer des diagnostics à distance.