Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Machines méticuleuses

Cet article est paru dans Faire: Vol. 40

À la mi-mars, j'ai commencé à travailler pour la start-up Other Machine Co. de San Francisco, après plus d'un an et demi d'activité en tant qu'ingénieur en développement de produits pour Maker Shed. Au cours de cette période, j’ai beaucoup appris sur le commerce électronique, sur la manière de donner vie à une variété de produits grâce à un sourcing de pièces efficace et sur la manière de les commercialiser efficacement une fois lancés. Mais au fur et à mesure que mes connaissances en développement et gestion de produits se développaient, je me suis efforcée d'en apprendre davantage sur les processus de fabrication et l'ingénierie nécessaires pour donner vie aux composants du kit.

Je savais que travailler pour une start-up comme OMC m'aiderait à acquérir les connaissances que je recherchais, et j'étais ravi de travailler dans un espace qui me rappelait l'atelier d'usinage que je fréquentais au collège - plein de gens plus intelligents que moi, qui fabriquaient ça m'inspire. Je me suis donc installé dans la baie et j'ai commencé à travailler dans un domaine que je souhaitais approfondir: la fabrication de machines à commande numérique (PC) pour ordinateurs de bureau.

Notre produit principal, Othermill, est un broyeur CNC de 16 livres conçu pour les travaux de précision. Contrairement aux imprimantes 3D, qui déposent un matériau plastique à partir d'une buse dans un processus additif, les usines opèrent de la même manière, éliminant le matériau à l'aide d'un outil de coupe à grande vitesse. Ce processus soustractif permet à l’usine de construire des pièces à partir d’une gamme beaucoup plus large de matériaux. Il peut couper quelque chose de plus doux que l'outil de coupe lui-même et souvent en moins de temps qu'une imprimante 3D ne pourrait imprimer l'objet.

Quand j'ai commencé, je me suis dit que j'avais une bonne idée de ce que signifiait donner un bon produit à la vie, mais je me suis trompé. Auparavant, j’examinais souvent les spécifications techniques sur les pages produits sans penser aux défis que posait leur réalisation de manière répétable. Je pensais généralement: «Oh, résolution jusqu'à 1/1000 de pouce. Je pourrais faire des pièces très précises sur le plan dimensionnel avec cette chose. »Avez-vous déjà pensé à ce qu'il fallait pour y arriver, à chaque fois? Moi non plus

Ne rien laisser au hasard

Le châssis de l’Autre Moulin est le composant le plus critique, et nous produisons chacun d’entre eux sur un routeur CNC Haas. Puisque l'aspect général, la convivialité et la facilité de montage de la machine dépendent du cadre HDPE, nous traitons les feuilles HDPE standard avec le plus grand soin. Idéalement, chaque cadre finit exactement le même post-usinage.

Malheureusement, certaines choses échappent à notre contrôle. J'ai très vite appris à ne plus faire confiance aux tolérances d'épaisseur fournies par les fournisseurs de plastique. Nous avons constaté que les feuilles variaient jusqu'à 1/32 de pouce, ce qui est énorme lorsque nombre de nos fonctions dépendent de la profondeur. Néanmoins, nous protégeons la pile de feuilles de la poussière et des autres particules en suspension dans l’atelier avec un couvercle en plastique. Chaque feuille est essuyée avant d’être montée sur le plateau du routeur.

Nous avons même installé des couvercles antireflet sur les fenêtres du magasin, au cas où le changement de température entre leur point de stockage froid et la chaleur du soleil du matin sur le lit de la toupie pourrait provoquer une déformation thermique. Aucune occurrence spécifique ne fait du soleil un coupable de changements de dimensions étranges, mais vous ne pouvez rien laisser au hasard.

Contrôlez votre qualité avec vigueur

J’ai vite compris qu’il fallait faire très attention aux détails pour pouvoir adopter les résolutions que nous recherchons de manière fiable et répétée. Je me suis immédiatement lancé dans le monde du contrôle de la qualité (CQ) et des outils utilisés pour le compléter efficacement. Nous utilisons des jauges à broches - des cylindres en acier rectifiés dans des diamètres extrêmement précis - pour vérifier la taille des caractéristiques critiques de chaque cadre lorsqu’elles sortent du plateau de la toupie, ainsi que des micromètres numériques pour vérifier l’épaisseur des caractéristiques qui maintiennent la machine. ensemble. Des déviations de 1/1000 de pouce de diamètre, des différences que vous n’auriez jamais remarquées sans outils de contrôle de la qualité tels que les jauges, peuvent nous amener à supprimer la pièce, ce qui représente un coût considérable en temps et en argent, en particulier pour une startup comme nous.

Le deuxième composant le plus important de la scierie est l’assemblage de la broche, qui contient les roulements de précision, l’arbre et le moteur qui fait tourner rapidement l’outil de coupe. Les roulements à l'intérieur de la broche permettent à l'arbre de tourner librement et, espérons-le, parfaitement perpendiculaire au lit. Tout jeu dans l’assemblage provoque un «affaissement» de la broche (un léger tremblement), ce qui entraîne des coupes moins précises. Nous travaillons pour éviter cela dans chaque assemblage de broche que nous produisons non seulement en affinant constamment le processus de fabrication, mais également en testant différentes façons de les assembler.

Étant donné que tout jeu dans l’assemblage n’est pas garanti, nous avons testé divers adhésifs, des temps de réglage et des charges très diverses. Une fois que nous sommes convaincus que la broche est en parfait état, nous avons chaque "face" de la machine, ou découpons une petite couche de matériau sur son propre lit en aluminium, afin de s'assurer que le lit et la broche sont parfaitement perpendiculaires. . La partie la plus pénible de mon travail est de voir un moulin assemblé, que nous mettons tant de temps et d’efforts à produire, faire échouer le processus de CQ en raison d’une mauvaise partie. Et donc, contrôler la qualité des composants est absolument essentiel.

Planifiez à l'avance et automatisez

Une fois que j'ai pu entrer dans le magasin et aider à la production, l’importance de concevoir en gardant à l’esprit la fabrication est devenue évidente, en particulier pour les grandes quantités. Le déplacement de la position de certains composants sur le plateau de la fraiseuse lors de l'usinage ou la modification de la conception d'une pièce dans la CAO peut vous faire gagner de précieuses secondes. Et lorsque l'envoi de machines est une priorité, chaque seconde compte.

Commencer avec les bons composants permet également de gagner un temps précieux. Il est essentiel de trouver des pièces faciles à installer pendant l’assemblage et qui fonctionnent correctement sur une longue période afin d’éviter les problèmes de service après-vente. L'une de mes premières tâches consistait à effectuer HALT, ou «test de durée de vie très accéléré», sur un interrupteur de fin de course potentiel pour la prochaine version de la machine. Le fin de course est ce qui informe le logiciel lorsque chaque axe a atteint sa limite. Pour ce faire, j'ai modifié un ensemble moteur actuel afin de l'adapter au nouvel interrupteur de fin de course et ai écrit quelques lignes de code simples pour enfoncer de manière continue et répétée l'ensemble de la broche dans l'interrupteur, pendant des centaines de cycles, afin de garantir son fonctionnement correct une fois mis en place. à travers des circonstances difficiles. Nous aimerions éventuellement utiliser un autre moulin continuellement jusqu’à ce qu’il cesse de fonctionner, éventuellement après plusieurs jours, tout en le surveillant à l’aide d’un Raspberry Pi, de capteurs et d’une webcam.

Il est devenu évident que créer des gabarits et ajouter l’automatisation chaque fois que possible est également un moyen incroyable de gagner du temps. Au lieu de fixer certains composants à l’aide de boulons lors de l’usinage, par exemple, nous travaillons à l’avenir de goupilles à ajustement serré, de sorte que les pièces puissent être mises en place en quelques secondes.

Être prêt pour les problèmes

Peu importe combien vous prévoyez à l'avance, les choses vont mal se passer. Nous avons récemment connu un orage rare à San Francisco, qui a provoqué une surtension dans le bâtiment et a anéanti la vie de notre outil le plus précieux: le routeur à commande numérique Haas, producteur de cadres. Cela a été une semaine et demie déchirante, au cours de laquelle nous avons dû faire tout ce qui était nécessaire pour continuer à prototyper des pièces de la prochaine version de Othermill. Donc, j'ai coupé une partie de test pour Othermill sur le Othermill lui-même. Il est impératif de trouver des solutions créatives à des problèmes inévitables comme celui-ci si vous voulez continuer à aller de l'avant.

En peu de temps, j’en ai appris davantage sur la production et la conception d’un produit de haute qualité que je ne le pensais en une année. Travailler avec une petite équipe dans un environnement aussi rapide que celui-ci est extrêmement excitant, stimulant et très amusant.De plus, apprendre à utiliser les outils de l'atelier chez deux femmes ingénieurs, les collègues avec lesquels je travaille le plus étroitement, est un changement rafraîchissant de rythme par rapport à la «norme» d'ingénierie.

Notre équipe rencontre chaque jour des problèmes que nous résolvons en construisant ou en modifiant quelque chose pour y remédier, et ce type de prise de décision spontanée par nécessité est ce que j'ai le plus apprécié jusqu'à présent. Mes idées préconçues concernant la fabrication d’un produit haute résolution ont évolué au fur et à mesure que j’ai été confronté aux défis que cela pose, et mon appréciation pour la qualité du matériel produit en série autour de moi a explosé.

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