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Des chaînes porte-câbles pour le micro-assemblage

Critères très stricts en termes de disponibilité et de durée de vie

Plusieurs millions de cycles par an avec une précision extrême au micron près et cinq ans sans le moindre entretien. Les machines de micro-assemblage mises au point et fabriquées par la société Häcker Automation GmbH répondent aux exigences les plus strictes, faisant appel pour cela à des chaînes porte-câbles et des câbles igus® préconfectionnés.

Tout détenteur d'un nouveau passeport européen a en poche un produit qui a probablement été fabriqué avec une machine de la société Häcker Automation GmbH sise à Scharzhausen, en Thuringe (Allemagne). La machine à 18 axes colle sur un substrat un fil de transpondeur ultra fin destiné à assurer la lisibilité du document à la machine, une opération réalisée automatiquement à une vitesse de 5 m/s environ.

Ceux qui ont encore leur vieux passeport se reposent peut-être au volant sur un ou plusieurs composants ultra sensibles fabriqués eux aussi sur une machine Häcker. En effet, de nombreux capteurs destinés aux systèmes de freinage et de stabilisation électroniques (ABS, ESP, etc.) sont produits sur des machines venant de Schwarzhausen.

La compétence clé de l'entreprise réside dans le montage, la distribution et la manipulation à l'échelle du micron. Les exemples illustrent bien la bonne réputation de Häcker pour l'assemblage de composants miniaturisés sophistiqués. Il y a certes des exceptions comme le montage de fenêtres de toit pour lequel Häcker a également mis au point des solutions d'automatisation, mais la compétence clé de l'entreprise fondée il y a onze ans par Gerrit Häcker réside très clairement dans la fabrication pour la production hautement intégrée à l'échelle du micron.

Les machines le font avec une précision impressionnante. Assistées par un traitement de l'image 3D à deux systèmes de caméras, elles moulent avec une grande fiabilité des bondings isolés avec une précision supérieure à 20 µm. Des précisions qui sont aussi d'usage pour le montage 3D avec des micro-composants. Gerrit Häcker à ce propos : « Nous avons mis au point un système modulaire pour les différentes opérations comme le collage, la distribution et la mise en place, et nous combinons les différents modules selon les besoins. Plus de 35 systèmes sont disponibles pour les opérations d'assemblage. » "

Aucun compromis sur la qualité et la disponibilité

Les exigences en terme de qualité y sont extrêmement élevées. Un système ESP embarqué, par exemple, reçoit des informations de douze ou quatorze capteurs qui doivent fonctionner avec une fiabilité extrêmement élevée. Aucune erreur n'est permise. Les machines que Häcker construit à cet effet produisent quelque 15 millions de capteurs par an avec un taux d'erreur nettement inférieur à 1 ppm (parties par million). Les clients exigent aussi une très grande disponibilité des machines qui assurent trois postes par jour sur toute l'année et une grande flexibilité. De petites quantités doivent aussi pouvoir être fabriquées rapidement et de manière rentable sans que la qualité en souffre. Gerrit Häcker à ce propos : « Nos machines doivent fournir une qualité sans faille, même pour les petites quantités et les changements de format fréquents. »

Les fournisseurs doivent être performants

Sur les machines complexes, dont la machine à 18 axes destinée à la production de passeports est un bon exemple, ces exigences ne peuvent être remplies sans une coopération avec des partenaires choisis pour les composants venus de l'extérieur comme les entraînements et sans la mise en œuvre de composants de très grande qualité.

Des câbles d'alimentation et de données pour des millions de cycles

Ces critères s'appliquent aussi aux câbles d'alimentation et aux câbles de données qui desservent les modules de préhension, d'assemblage et de distribution par l'intermédiaire des axes x, y et z. Lors de la mise au point, Häcker se donne entre autres pour objectif de fournir des machines capables de fonctionner cinq ans sans entretien. Jens Beyer, le technicien responsable du confectionnement des câbles chez Häcker Automation GmbH précise : « Nos machines effectuent 5 à 7 millions de cycles par an en un poste, un chiffre qui peut aller jusqu'à 20 millions lorsqu'elles sont en service 24 heures sur 24. » En d'autres termes, tous les composants en mouvement, câbles compris, doivent avoir été mis au point pour pouvoir réaliser 100 millions de cycles en cas d'utilisation extrême sans entretien ni même échange.

Des câbles pour les plus hautes exigences fournis par igus®

Häcker a trouvé dans la gamme de câbles igus® une réponse à la hauteur de son profil d'exigences très pointu après avoir utilisé auparavant d'autres câbles qui étaient sujets aux défaillances et ne remplissaient pas les critères souhaités. Ce n'est pas un hasard si les câbles igus® ne présentent pas ce genre de problème. Les câbles de signaux et d'énergie des séries chainflex® ont été mis au point pour un usage dans les chaînes porte-câbles et se distinguent par une durée de vie extrêmement longue en présence de sollicitations constantes dues à leur mouvement avec la chaîne porte-câbles. Ils font appel à de nouveaux matériaux pour les conducteurs et à des matériaux spéciaux pour les gaines qui leur permettent de tenir beaucoup plus longtemps que les câbles conventionnels dans les chaînes porte-câbles. L'effet « tire-bouchon » très redouté et la rupture de conducteurs qu'il provoque est évité par la structure même des câbles chainflex®, un système découvert par igus® dès 1989 et constamment perfectionné depuis.

Autre détail structurel, la gaine protectrice. Ici, l'utilisateur a le choix entre sept matériaux et la gaine est « surmoulée par extrusion ». Cela signifie que cette gaine n'enveloppe pas simplement les conducteurs (le support nécessaire pour les brins toronnés serait alors absent), le matériau est aussi injecté entre les torons poudrés de talc. Ainsi, le toronnage ne peut pas s'ouvrir sous l'effet des mouvements mais peut se déplacer dans les deux sens comme dans un canal.

Ces détails montrent bien que les chaînes porte-câbles très sollicitées devraient faire appel à des câbles mis au point pour ce type d'application. Häcker utilise entre autres des câbles chainflex® des séries CF 2, CF 10, CF 11, CF 27 et CFPE comme conducteur de protection et se voit conforté dans ce choix car il n'y a pas eu la moindre défaillance jusqu'à présent malgré les exigences élevées et les millions de mouvements.

Des exigences également pour les systèmes de chaînes porte-câbles

La société Häcker est aussi très exigeante pour les systèmes de chaînes porte-câbles. Ils doivent se déplacer avec peu de frottement et sans vibration à grande comme à petite vitesse. La compacité joue aussi un rôle. Les opérations d'assemblage ont généralement lieu dans un périmètre de travail de 500 x 500 mm et les chargés d'études Häcker se font un principe de ne pas « gaspiller » de la place pour les chaînes porte-câbles. Des chaînes porte-câbles sont parfois intégrées aux modules d'entraînement et de traitement eux aussi compacts.

Une chaîne porte-câbles vibrant peu pour le micro-assemblage

Un critère bien exigeant pour une chaîne porte-câbles qui réalise chaque mouvement à une vitesse allant jusqu'à 5 m/s et une accélération allant jusqu'à 40 m/s². « Nous sommes également très exigeants pour ce qui est du comportement à l'usure des chaînes puisque nos machines évoluent la plupart du temps en salle blanche », déclare Jens Beyer. Les chaînes porte-câbles igus® de la gamme E6 utilisées par Häcker pour le guidage linéaire des axes x, y et z ont fait leurs preuves dans ces conditions. Elles se distinguent par un mouvement très régulier comportant peu de vibrations, une qualité essentielle en micro-assemblage. Et elles ont une durée de vie extrêmement élevée.

La conception d'un système de chaînes porte-câbles exige du travail de détail

Ceci dit, ce n'est pas seulement la chaîne à proprement parler qui garantit une longue durée de vie au système de chaînes porte-câbles. Un travail de détail est aussi toujours nécessaire, et igus® et Häcker s'en acquittent ensemble.

Photo machines de micro-assemblage Performances élevées dans un espace compact : Häcker met au point et fabrique des machines destinées au micro-assemblage de capteurs et de composants électroniques par exemple.
Photo de chaînes porte-câbles pour les axes x, y et z Machine en cours de montage sur un plan de travail : les chaînes porte-câbles destinées aux axes x, y et z y sont bien visibles.
Photo modules d'entraînement et de traitement. Des chaînes porte-câbles sont aussi parfois intégrées aux différents modules d'entraînement et de traitement.
Photo chaîne porte-câbles Un mouvement parfaitement maîtrisé : la disposition des câbles dans la chaîne porte-câbles demande beaucoup de travail de détail.
Photo des personnes nommées Un travail d'équipe qui a porté ses fruits. De gauche à droite : Gerrit Häcker, Directeur de la société Häcker Automation GmbH, Yve Kirsch, Technico-commercial igus® et Jens Beyer, Technicien chez Häcker Automation GmbH
Photo chaînes porte-câbles de la série E2 micro Des chaînes porte-câbles de la gamme E2 micro sont aussi utilisées pour les courses courtes.
Photo fixation de la chaîne et des câbles La fixation de la chaîne et des câbles doit aussi avoir une construction optimisée afin de répondre aux exigences élevées en termes de disponibilité et de durabilité.

Jens Beyer à ce propos : « Les câbles doivent toujours être guidés de façon optimale dans la chaîne, surtout quand celle-ci est très pleine. Il faut penser aux rayons de courbure tout comme aux divisions internes et à un soulagement efficace des efforts de traction. Les câbles ne devraient pas être en mouvement dans la chaîne mais ils ne devraient pas non plus être fixés. Tout cela exige une grande ingénierie de détail, et igus® nous a beaucoup aidés. » Une coopération fructueuse puisque même les chaînes porte-câbles se déployant sur de toute petites distances (50 mm seulement) qui sont utilisées par exemple dans le système de déplacement pour la course de distribution réussissent à atteindre la durée de vie extrêmement longue exigée par Häcker.

Travail de mise au point dans le laboratoire igus®

C'est d'autant plus remarquable que les câbles et les systèmes de chaînes porte-câbles sont très sollicités en raison des vitesses élevées. Mais le travail de conception effectué par igus® pour Häcker garantit une disponibilité élevée sur la durée. Des solutions convaincantes ont aussi été mises au point pour des besoins spécifiques. Après des tests en laboratoire, igus® est par exemple parvenu à offrir un câble en PE compatible chaînes porte-câbles d'une section de 1,5 mm² pour les systèmes de chaînes porte-câbles destinés à Häcker.

Des temps de production courts

Le travail de détail englobe également la fixation de la chaîne, qui a été intégrée au système de chaîne porte-câbles lors de la conception, et le choix des câbles. Seuls des composants testés peuvent être utilisés pour obtenir la longue durée de vie requise. Cela s'applique à la chaîne porte-câbles comme aux câbles qui sont fournis par igus® sous forme de readycable® confectionnés. Le personnel de montage de Schwarzhausen n'a pas besoin d'assurer le confectionnement et peut connecter le jeu complet de câbles fourni avec sa connectique. Cela permet de gagner du temps, et le temps compte pour Häcker. Dix jours seulement sont programmés pour la construction d'une machine.

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