Dans l’industrie du conditionnement à haute cadence, chaque gramme compte. La masse des préhenseurs robotiques impacte directement la vitesse d’exécution, l’usure mécanique et la consommation énergétique des installations. Face à ce constat, l’un de nos clients exploitant une ligne de robots Delta pour l’emballage de ses produits nous a sollicités pour repenser entièrement ses préhenseurs, devenus un frein à ses ambitions de productivité.
Le défi était de taille : réduire drastiquement le poids tout en conservant la rigidité structurelle, accélérer la fabrication, diminuer les coûts et améliorer l’intégration esthétique. Grâce à l’alliance de la conception générative, de l’optimisation topologique et de la fabrication additive, nous avons transformé cette contrainte en opportunité d’innovation pour ce système de picking robotisé haute performance.
Les préhenseurs d’origine, usinés en POM (polyoxyméthylène), affichaient un poids compris entre 700 et 800 grammes. Si ce matériau offre de bonnes propriétés mécaniques, son inertie excessive impactait négativement les performances des robots Delta utilisés en picking robotisé. Chaque mouvement exigeait plus d’énergie, les accélérations étaient bridées, et l’usure prématurée des composants mécaniques générait des coûts de maintenance élevés. Les systèmes de picking automatisé haute cadence, comme les robots Delta ABB FlexPicker, sont particulièrement sensibles à ce paramètre critique.
Sur une ligne de conditionnement cadencée, quelques dixièmes de seconde gagnés par cycle se traduisent par des milliers d’unités supplémentaires produites chaque jour. Le surpoids des préhenseurs bridait la vitesse maximale des robots Delta, limitant ainsi le potentiel de production et la compétitivité de l’installation. Dans un contexte où les solutions de picking robotisé Omron gagnent en performance, il devenait urgent de repenser la pièce.
Au-delà de l’allègement, notre client souhaitait réduire les délais et coûts de fabrication, tout en intégrant harmonieusement les nouveaux préhenseurs au design de ses machines. Un triple défi mécanique, économique et esthétique, typique des applications de picking automatisé modernes.
Nous avons débuté par une immersion terrain avec les équipes techniques et le bureau d’études du client. Objectif : cartographier précisément les efforts mécaniques, les zones de fixation, les amplitudes de mouvement et les exigences de durabilité spécifiques aux systèmes de picking robotisé. Cette phase de co-définition du cahier des charges a permis d’identifier les véritables paramètres critiques des robots Delta, bien au-delà des simples données de masse.
Fort de ces données, nous avons utilisé un logiciel de conception générative basé sur l’optimisation topologique. Le principe : l’algorithme « dessine » automatiquement la structure optimale en ne plaçant la matière que là où elle est strictement nécessaire pour résister aux contraintes. Le résultat ? Une forme organique, proche de structures naturelles (os, branches d’arbre), à la fois légère et extrêmement rigide, parfaitement adaptée aux mouvements rapides et répétitifs du picking automatisé.
La forme brute issue de l’optimisation topologique a ensuite été retravaillée par notre bureau d’études. Nous avons lissé les surfaces, intégré les éléments de fixation et adapté les lignes pour correspondre à l’identité visuelle des machines du client. Le résultat allie ainsi performance technique et esthétique industrielle moderne, digne des standards des robots collaboratifs nouvelle génération.
a forme brute issue de l’optimisation topologique a ensuite été retravaillée par notre bureau d’études. Nous avons lissé les surfaces, intégré les éléments de fixation et adapté les lignes pour correspondre à l’identité visuelle des machines du client. Le résultat allie ainsi performance technique et esthétique industrielle moderne, digne des standards des robots collaboratifs nouvelle génération.
La géométrie organique générée par l’optimisation topologique, avec ses nervures internes, ses évidements et ses courbures complexes, aurait été extrêmement coûteuse voire impossible à usiner de manière traditionnelle. La fabrication additive s’est donc imposée naturellement comme la solution de production idéale, capable de reproduire fidèlement ces formes optimisées pour le picking robotisé. Des fabricants comme Stratasys et Markforged proposent des systèmes d’impression 3D industrielle parfaitement adaptés à ce type de production.
Nous avons sélectionné un matériau haute performance pour l’impression 3D, offrant un excellent rapport rigidité/poids et une résistance à l’usure adaptée aux cadences industrielles du picking automatisé. Des tests mécaniques ont validé la tenue aux efforts, tandis que des essais terrain ont confirmé la durabilité en conditions réelles de production sur robots Delta.
Contrairement à l’usinage traditionnel nécessitant la fabrication d’outillages et de multiples opérations, l’impression 3D permet de passer directement du fichier numérique à la pièce finie. Les délais de fabrication ont été divisés par plusieurs facteurs, et les coûts unitaires significativement réduits, notamment pour les petites et moyennes séries de préhenseurs pour robots collaboratifs.
Le nouveau préhenseur imprimé en 3D affiche un poids de seulement 300 grammes, contre 700 à 800 grammes auparavant. Cette réduction de plus de 60% de la masse mobile a un impact direct sur les performances cinématiques des robots Delta : accélérations plus vives, cycles de picking robotisé plus rapides, et réduction de l’inertie lors des changements de direction. Les performances se rapprochent désormais des standards des leaders comme Stäubli dans le domaine du picking automatisé.
Malgré l’allègement spectaculaire obtenu grâce à l’optimisation topologique, la rigidité structurelle a été parfaitement maintenue. Les tests en conditions réelles de production ont confirmé l’absence de déformation, de vibrations parasites ou de fatigue prématurée. Le préhenseur tient ses promesses mécaniques sur les lignes de picking robotisé à haute cadence.
Au-delà des performances techniques, le nouveau préhenseur issu de la conception générative s’intègre visuellement parfaitement dans l’environnement de production. Son esthétique moderne, fruit du travail de stylisation post-optimisation topologique, valorise l’image de l’installation et témoigne de l’engagement du client dans l’innovation technologique en picking automatisé.
Ce projet démontre que la conception générative et l’optimisation topologique ne sont pas que des concepts théoriques ou des exercices de style. Ce sont des outils industriels puissants, capables de générer des gains de performance mesurables et immédiats pour les systèmes de picking robotisé et les robots Delta haute cadence.
Combinée à la fabrication additive, cette approche permet de repousser les limites de ce qui était jusqu’ici considéré comme figé en conception mécanique pour les robots collaboratifs. Pour nos clients, cette démarche se traduit par des gains de productivité directs : cadences de picking automatisé accrues, réduction de l’usure, diminution des coûts de maintenance et d’énergie.
Elle ouvre également la voie à une nouvelle génération de pièces plus intelligentes, pensées par l’algorithme d’optimisation topologique pour être optimales dès leur conception. L’alliance de l’impression 3D industrielle et de la conception générative transforme radicalement l’approche de la robotique de conditionnement.
Chez MC3D Line, nous accompagnons les industriels dans cette transition vers la conception générative, l’optimisation topologique et la fabrication additive, transformant les contraintes techniques en opportunités d’innovation et de compétitivité pour vos lignes de picking robotisé.
L’optimisation topologique est une méthode de conception assistée par algorithme qui détermine automatiquement la distribution optimale de matière dans une pièce. Pour les robots Delta et les systèmes de picking robotisé, cette technologie permet de créer des préhenseurs jusqu’à 60% plus légers tout en conservant leur rigidité structurelle. Le logiciel analyse les contraintes mécaniques réelles (forces, accélérations, vibrations) et ne place la matière que là où elle est strictement nécessaire. Résultat : des pièces au design organique, similaires aux structures naturelles comme les os, qui maximisent le rapport résistance/poids. Cette approche génère des gains de productivité directs sur les lignes de picking automatisé : cycles plus rapides, moins d’usure, réduction de la consommation énergétique.
La fabrication additive (impression 3D industrielle) offre des avantages décisifs pour les composants de robots collaboratifs et de picking robotisé. Premièrement, elle permet de produire des géométries complexes issues de la conception générative, impossibles à usiner traditionnellement (nervures internes, évidements organiques, structures lattice). Deuxièmement, elle réduit drastiquement les délais : passage direct du fichier CAO à la pièce finie, sans outillage ni moule. Troisièmement, elle optimise les coûts pour les petites et moyennes séries, idéal pour le prototypage rapide ou les pièces de rechange. Enfin, elle permet une personnalisation totale : chaque préhenseur peut être adapté à son application spécifique (forme, poids, matériau) sans surcoût. Les fabricants comme Stratasys et Markforged proposent des solutions certifiées pour applications industrielles exigeantes.
Le ROI d’un préhenseur optimisé par conception générative se mesure sur plusieurs axes. Performance : l’allègement de 60% permet d’augmenter la cadence de picking robotisé de 15 à 25% selon les applications, soit plusieurs milliers d’unités supplémentaires par jour. Maintenance : la réduction de l’inertie diminue l’usure des moteurs et transmissions, prolongeant les intervalles de maintenance de 30 à 40%. Énergie : la masse mobile réduite diminue la consommation électrique de 10 à 15% sur l’ensemble de l’installation. Flexibilité : les délais de fabrication réduits (quelques jours vs plusieurs semaines) permettent des adaptations rapides aux changements de production. En pratique, sur une ligne de conditionnement moyenne (2 postes, 3×8), l’investissement est amorti en 8 à 14 mois selon les cadences.
L’optimisation topologique et la conception générative s’appliquent à l’ensemble des robots industriels, avec des résultats particulièrement spectaculaires sur les systèmes à mouvements rapides et répétitifs. Les robots Delta et systèmes de picking robotisé en sont les principaux bénéficiaires, car chaque gramme gagné impacte directement la cadence. Les robots collaboratifs (cobots) profitent également de cette approche pour leurs effecteurs, pinces et supports d’outils. Les robots 6 axes (soudure, assemblage, peinture) peuvent optimiser leurs poignets et porte-outils. Même les robots SCARA et cartésiens bénéficient de l’allègement de leurs axes mobiles. La seule limite : la complexité géométrique doit pouvoir être produite (fabrication additive recommandée). Chez MC3D Line, nous analysons chaque application pour identifier le potentiel d’allègement et les gains de performance attendus.
