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Schneider Electric designs.
Case Study

Grâce à la technologie FDM, Schneider Electric ouvre la voie à l'Industrie 4.0

August 20, 2020

Embracing the technology of the future with the help of Stratasys 3D printers.

Schneider Electric est un fabricant et fournisseur mondial de solutions d'énergie et d'automatisation numérique au service de l'efficacité et de la durabilité. La société combine l'utilisation de technologies énergétiques de pointe, d'automatisation en temps réel, de logiciels et de services pour mettre au point des solutions destinées aux logements particuliers, immeubles, infrastructures et centres de données. Profitant de l'essor de l'Industrie 4.0, Schneider Electric s'est engagée dans un projet à grande échelle : la « Smart Factory ». Cette stratégie vise à accroître l'efficacité de la production tout en réduisant les coûts, mais aussi à renforcer l'avantage concurrentiel et la capacité d'innovation de l'entreprise. Et depuis la mise en oeuvre du programme, la fabrication additive a joué un rôle essentiel dans la réalisation de cet objectif.

La fabrication additive a transformé notre façon de travailler et a totalement bouleversé notre manière d'envisager l'avenir de notre activité.

Assembly-line tool 3D printed in ABS, designed to hold switches during production process.
Assembly-line tool 3D printed in ABS, designed to hold switches during production process.

Le site Schneider Electric de Puente la Reina, en Navarre (Espagne), en est un parfait exemple. Cette division de Schneider Electric España SA, employant près de 250 personnes, est spécialisée dans la fabrication et le montage d'appareils et équipements électriques tels que des interrupteurs et des prises de courant, entre autres produits connexes des gammes New Unica, Odace et Ovalis. Avec l'amélioration de l'efficacité au coeur de sa proposition de valeur, l'usine a toujours été à la pointe de l'innovation au sein du groupe. Il s'agit de l'une des premières à avoir incorporé l'automatisation dans ses infrastructures de fabrication. Engagée depuis le tout début en faveur de l'initiative Smart Factory, l'équipe de Puente la Reina s'est tournée vers la fabrication additive de qualité industrielle pour accélérer sa transformation Industrie 4.0.

 

« Les avantages inhérents à la fabrication additive pour produire rentablement des pièces en faible volume en ont fait la solution idéale pour nos besoins d'outillage. C'est un domaine dans lequel nous avons vu une grande possibilité d'optimiser nos rendements, dans la mesure où beaucoup de nos outils sont externalisés », a expliqué Manuel Otamendi, responsable industrialisation et maintenance de la chaîne d'approvisionnement mondiale à l'usine Schneider Electric de Puente la Reina. Après avoir testé plusieurs méthodes d'impression 3D, l'équipe a décidé d'investir dans la technologie FDM™ de Stratasys. « Nous avons trouvé qu'il s'agissait de la méthode de production la plus fiable et la plus répétable pour l'impression 3D d'un large éventail d'outils de fabrication dans nos usines. »

 

Schneider Electric a donc contacté le partenaire local de Stratasys, Pixel Sistemas, pour l'acquisition d'une Stratasys F170™. Il s'agit d'une imprimante 3D de qualité industrielle à coût abordable. Son grand choix de thermoplastiques techniques est idéal aussi bien pour les applications de conception que de production. L'imprimante 3D, qui a été immédiatement mise en service, est devenue le cheval de bataille de l'usine.

 

M. Otamendi explique : « Nous avions acquis la F170 pour produire un nombre limité d'outils, mais lorsque nous l'avons vue à l'oeuvre, nous avons réalisé à quel point son fonctionnement était avancé, et qu'il était possible d'étendre son utilisation à un plus large éventail d'applications d'outillage sur l'ensemble de la chaîne de production. Nous développons aujourd'hui plus d'une centaine de nouvelles conceptions par an. »

Schneider Electric utilise la F170 dans un grand nombre d'applications de production, notamment pour la fabrication d'outils, de gabarits, de fixations, de préhenseurs et bras robotiques destinés à la chaîne de montage, qui étaient auparavant confiés à des tiers et réalisés par des processus CNC ou de moulage par injection particulièrement coûteux. La société utilise les matériaux PLA, ABS et ASA de Stratasys pour remplacer un grand nombre d'outils qui étaient auparavant réalisés en aluminium. La production de préhenseurs de bras robotiques est un bon exemple de cette application. Grâce à son imprimante 3D F170, l'équipe a découvert une méthode capable d'améliorer les performances des robots tout en faisant encore plus d'économies.

 

« Il n’est pas rare que les pièces en aluminium du moule se cassent lorsqu’elles se heurtent. Et quand cela se produit, elles sont chères à remplacer. », a expliqué M. Otamendi. « Pour y remédier, nous sommes désormais en mesure de remplacer les préhenseurs de bras robotiques en aluminium, dont la fabrication est coûteuse, par des pièces équivalentes imprimées en 3D en PLA.

 

» L'outil imprimé en 3D offre les mêmes performances mécaniques que l'outil traditionnel, et contribue à la protection de pièces d'aluminium beaucoup plus coûteuses lorsque les moules se heurtent. « Si l'outil imprimé en 3D se casse, nous pouvons le remplacer à bas coût en seulement quelques heures. En ce qui concerne les économies que nous avons réalisées, l'externalisation d'un préhenseur usiné nous coûtait 200 euros par outil. Aujourd'hui, nous pouvons les imprimer en 3D à la demande, pour environ 100 euros chacun », précise M. Otamendi.

 

La F170 permet également à l'équipe de concevoir et mettre en place des outillages personnalisés à la demande. Il a ainsi été possible d'imprimer en 3D un certain nombre d'outils personnalisés comportant des cavités permettant de maintenir des éléments en place pendant la production, et d'optimiser de cette façon l'efficacité et la précision sur la chaîne de montage.

 

« Les outils utilisés par nos presses manuelles font également partie des applications particulièrement intéressantes : nous sommes désormais capables de concevoir et d'imprimer en 3D les parties inférieure et supérieure de l'outil, en les personnalisant en fonction du produit final, d'où une amélioration des performances », indique M. Otamendi.

 

« Non seulement nous sommes capables de réaliser efficacement nos outils de fabrication en interne, mais en plus nous concevons exactement ceux dont nous avons besoin, en terme de forme, taille et quantité requise.

 

» Mise à part un flux de production simplifié, M. Otamendi estime que l'intégration de la technologie FDM a eu un impact considérable en termes de réduction des coûts et des délais de commercialisation dans des domaines clés.

 

« L'année dernière, l'utilisation de la fabrication additive FDM de Stratasys nous a permis d'économiser de l'ordre de 20 000 €, rien que sur la fabrication d'outillages pour la chaîne de montage », affirme-t-il. « Les gains de temps sont tout aussi importants dans une entreprise comme la nôtre. Grâce à la F170, nous sommes en mesure de réaliser de nouveaux outils de hautes performances en une seule journée, alors qu'auparavant, il nous aurait fallu sous-traiter leur fabrication et attendre au moins une semaine. Nous réduisons ainsi notre dépendance des fournisseurs et nous maîtrisons bien mieux la production de nos outils, ce qui se traduit par une amélioration de la flexibilité de l'ensemble de notre processus de fabrication et une diminution des délais de commercialisation de nombreux produits. »

Schneider Electric designs.
Schneider Electric designs.

Schneider Electric relies on the F170 for a range of production applications, including assembly-line tools, jigs, fixtures, robot grippers and other end-of-arm tools – all of which were previously outsourced to third parties and produced using expensive injection molding or CNC processes. The company uses Stratasys PLA, ABS and ASA materials to replace a wide array of previously aluminum tools. One such example is the production of grippers for robotic arms. Leveraging its F170 3D Printer, the team discovered a method to not only improve the performance of the robots, but also secure major cost savings.

“It’s not uncommon for aluminum parts of the mold to break when they collide, and when they do, be very expensive to replace,” explained Otamendi. “To circumvent this, we are now able to replace costly aluminum grippers for robotic arms with 3D printed alternatives using PLA.”

The 3D printed tool offers the same mechanical performance properties as the traditional tool, and helps protect more expensive aluminum parts when the molds collide.

“Should the 3D printed tool break, we can quickly 3D print a lowcost replacement within hours. To put the costsaving into perspective - outsourcing a machined gripper used to cost us 200 euros per tool. Now we can 3D print one on-demand for around 100 euros each,” Otamendi said. The F170 also lets the team design and implement customized tooling on-demand.


They have 3D printed various customized assemblyline tools with cavity inserts to hold key items in place during production, ensuring optimal efficiency and precision.

“Another great application are the tools used for our hand presses – we’re able to design and 3D print both the bottom and upper part of the tool, tailored to each specific final product to increase performance,” said Otamendi. “Not only are we able to efficiently produce our manufacturing tools in-house, but we now also have the capability to design the tools we need in the exact shape, size and quantity required.”

In addition to the more streamlined production workflow, Otamendi believes integrating FDM technology has led to significant cost savings and reduced time-to-market in key areas.

“In the past year, using Stratasys FDM additive manufacturing we’ve achieved a saving of about €20,000 in the production of assembly-line tooling alone,” he said. “The time-savings are equally important to us as a business. Using the F170 we’re able to produce new highperformance tools in just one day, whereas it would have taken at least one week to outsource the same tools previously. This reduces our dependency on suppliers and gives us much more control over tool production, which has increased the overall flexibility of our manufacturing process and accelerated our timeto-market for many products.”


These significant operational efficiencies led to high-level acknowledgement from the wider Schneider Electric business. As part of the Smart Factory program, the plant in Puente la Reina won the internal European-wide Schneider Electric competition for the large quantities of 3D printed manufacturing tools produced, the outstanding time and cost savings achieved, and its contribution to accelerating the plant’s Industry 4.0 transformation. The team plans to continue leveraging their F170 to further optimize the tooling process, but is also exploring other high-performance FDM materials for end use parts. Otamendi sees increasing applications for the technology, and believes it will play an important role in the plant’s digital transformation goals.
A prime example of this is Schneider Electric’s plant in Puente la Reina, located in Navarra, Spain. A division of Schneider Electric España SA employing around 250 people, this facility specializes in the manufacture and assembly of electrical apparatuses and equipment, including light switches, sockets and other related products of New Unica, Odace and Ovalis ranges. With efficiency enhancement central to its value proposition, the plant has always been at the forefront of innovation within the group and was one of the first to incorporate automation within its manufacturing infrastructure. Fully embracing the Smart Factory initiative from the outset, the team at Puente la Reina turned to industrial-grade additive manufacturing to speed up its Industry 4.0 transformation.

“The inherent benefits of additive manufacturing for cost-effective, low volume production made it the ideal solution for our tooling needs. This is an area where we saw huge opportunity to optimize efficiencies given much of it was outsourced,” explained Manuel Otamendi, Industrialization and Maintenance Manager – Global Supply Chain at Schneider Electric’s Puente la Reina plant.

After testing several 3D printing technologies, the team decided to invest in Stratasys FDM Technology™. “We found it provided the most reliable and repeatable production method for 3D printing a range of manufacturing tools on the factory floor.”

As a result, Schneider Electric approached Stratasys’ local partner, Pixel Sistemas, to purchase a Stratasys F170™ – a cost effective, industrial grade FDM 3D printer. The large range of engineering-grade thermoplastics available are ideal for both design and production applications. The 3D printer was put to work immediately and became a staple workhorse on the company’s factory floor.

Otamendi explained, “We bought the F170 to produce a limited number of tools, but once we got it up and running, we realized how advanced it was and the potential to extend its use to a much wider range of tooling applications across the production line. We’re now cranking out over a hundred new designs a year.”

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