L’industrie minière creuse son avance en matière de numérisation 3D

Pour garantir que les plates-formes industrielles, la tuyauterie et toutes les solutions minières s’adaptent aux infrastructures en place avant d’être expédiées, l’Américain Titan Engineered Solutions a intégré la numérisation 3D à ses processus, avec les solutions matérielles et logicielles d’Artec 3D.

Article adapté par Cédric Lardière

Comme c’est le cas pour toute opération de fabrication, l’exploitation minière repose sur un ensemble de machines lourdes et d’équipements robustes. Il est toutefois plus facile à dire qu’à faire pour que les usines et les sites d’excavation fonctionnent au maximum de leur efficacité. Les mines étant généralement situées dans des zones reculées, les ingénieurs passent souvent des heures à se rendre sur place pour prendre des mesures manuelles.

Cette approche comporte des risques importants, parce que les mesures manuelles sont plus susceptibles de donner lieu à des erreurs humaines, à une saisie incomplète des données et à la nécessité de se déplacer plusieurs fois pour confirmer les dimensions. Pourtant, cette méthode est encore largement utilisée dans de nombreuses exploitations minières.

De nombreuses mines et carrières s’appuient par ailleurs sur des composants vieillissants, voire obsolètes, pour maintenir leurs opérations à des niveaux optimaux. D’un côté, remplacer l’équipement existant avant qu’il ne tombe en panne (maintenance préventive) peut entraîner des temps d’arrêt générateurs de perturbations pour permettre le démontage et les mesures manuelles. D’un autre côté, laisser les composants tomber en panne avant de les remplacer (maintenance corrective) augmente considérablement les temps d’arrêt et réduit la rentabilité d’une mine.

Obligation, avant, d’envoyer des ingénieurs sur place

C’est dans ce domaine que Titan Engineered Solutions s’est bâti une réputation internationale. L’entreprise, qui est située à Chandler dans l’Arizona (États-Unis), définit et assure en effet la maintenance d’équipements et de plates-formes de sécurité minières sur des sites reculés et difficilement accessibles. L’entreprise est désormais en mesure de proposer des solutions d’ingénierie innovantes, proactives et réactives, qui permettent de réduire les temps d’arrêt et d’améliorer l’efficacité des exploitations minières.

Auparavant, Titan Engineered Solutions répondait aux demandes des clients en envoyant une équipe d’ingénieurs sur place. Mais depuis cette époque, l’entreprise a travaillé en collaboration avec l’Américain Rapid Scan 3D, représentant du Luxembourgeois Artec 3D, afin de réorganiser son flux de travail. Ne dépendant plus des mesures manuelles, Titan Engineered Solutions peut envoyer un seul ingénieur équipé avec les scanners 3D Artec Leo et Artec Ray pour capturer avec précision presque toutes les géométries rencontrées sur le terrain.

Brandon Koch, directeur général de l’entreprise, ajoute que « même si le produit n’existe pas encore, nous pouvons utiliser les dimensions obtenues à partir d’un scan 3D pour personnaliser la pièce et l’adapter avec une précision de 1,6 mm. Par exemple, nous fabriquons beaucoup de tuyaux personnalisés qui se rejoignent d’un bout à l’autre. Nous pouvons désormais nous assurer que ces tuyaux s’adaptent sans avoir à effectuer de multiples mesures manuelles fastidieuses. »

Des mesures à la mine pour un premier ajustement

L’aventure de la numérisation 3D chez Titan Engineered Solutions a commencé par un cours de formation d’une semaine dispensé par Rapid Scan 3D en Caroline du Nord (États-Unis). Depuis, l’entreprise a appris à maîtriser le scanner 3D polyvalent et sans fil, et l’a facilement déployé sur les sites miniers du sud-ouest des États-Unis.

Brandon Koch loue, en particulier, le format intégré de l’appareil et la fonctionnalité « click-to-scan » (scan en un seul clic). « On ne peut pas vraiment se tromper. Il suffit d’allumer le scanner, de pointer et de photographier. Vous voyez ce que vous scannez à l’écran, ce qui vous permet de vérifier que vous disposez des bonnes données. Après coup, on peut toujours se demander si l’on a bien scanné cette zone. Si ces données sont critiques, il suffit de les scanner à nouveau pour en augmenter la résolution », précise-t-il.

Compte tenu de la taille de la plupart des installations minières, Titan Engineered Solutions a réalisé qu’il avait également besoin d’une solution de capture de données à plus longue portée. Après avoir vu l’Artec Ray en action sur le site d’un client, les responsable de l’entreprise ont investi dans leur propre système. Les résultats ont été impressionnants, les grandes installations devenant rapidement mesurables avec un haut degré de précision.

Plus récemment, la capture du sol d’une usine de cuivre d’un client en vue d’une rénovation n’a pris qu’une heure avec l’Artec Ray, alors qu’il aurait fallu entre trois et six heures auparavant. De plus, « cette approche nous a permis de relever des détails qui auraient été impossibles à saisir avec des mesures manuelles approximatives. De plus, nous pouvons garantir une installation sans difficulté, là où elle aurait pu être problématique. Nous avons même pu recréer intégralement le sol à partir de ce scan pour simplifier la conception », explique Johnathan Turner, ingénieur de conception chez Titan Engineered Solutions.

Vérifier les tolérances avec Geomagic Design X

Les efforts de l’entreprise en matière de numérisation 3D l’ont, par ailleurs, amené à réaliser de la rétro-ingénierie, à personnaliser des pièces et à s’assurer qu’elles respectent les tolérances grâce à l’analyse des écarts. Après avoir utilisé les scanners 3D Artec Leo et Artec Ray pour capturer les scans souhaités, l’équipe commence à les traiter dans Artec Studio. Après avoir supprimé les données inutiles, la fusion de plusieurs ensembles de données est un jeu d’enfant, et le modèle résultant est prêt à être immédiatement exporté vers Geomagic Design X.

Dans cet outil, il est alors possible de créer des « régions » de zones critiques de la pièce. Par exemple, lors de la conception d’une tuyauterie personnalisée, les personnels de Titan Engineered Solutions s’assurent que les extrémités de chaque tuyau s’intègrent dans les réseaux existants. Pour ce faire, ils esquissent ces géométries, les transforment en corps CAO numérisés et déterminent les contraintes, ou les restrictions, qui ont influencé la conception.

La tuyauterie est ensuite exportée vers SolidWorks, dans lequel ces contraintes sont utilisées pour concevoir des modèles complets. Après l’alignement, les modèles de tuyauterie (ou tout autre produit issu de la rétro-ingénierie) peuvent être renvoyés dans Geomagic Design X (voir photographie ci-contre), où la fonction de cartographie thermique du programme permet de superposer facilement les données CAO, de trouver les déviations et de vérifier que les pièces respectent les tolérances d’installation.

Selon Johnathan Turner, ce flux de numérisation 3D permet non seulement de rationaliser et d’accélérer la production, mais aussi à Titan Engineered Solutions d’être beaucoup plus sûr que les pièces fabriquées s’adapteront à l’arrivée sur site. « Dans le cas des tuyaux, les extrémités vont me dire quelle est la longueur du tuyau, quel doit être son diamètre et comment il va être raccordé. Grâce à notre processus en trois étapes, on peut déterminer l’emplacement de tous les trous nécessaires pour que les tuyaux puissent être boulonnés ensemble. Il nous suffit de capturer la conception originale, de déterminer les contraintes et de les modéliser », explique Johnathan Turner.

Vers une modélisation multi–résolution ?

La plupart de ses expéditions étant suffisamment volumineuses pour nécessiter un camion à plateau, Brandon Koch tient à souligner l’importance d’un ajustement précis des produits pour réduire la probabilité de problèmes d’installation. Dans le cas de projets tels que le plancher de l’usine de cuivre mentionnée précédemment, il explique que des erreurs signifieraient l’abandon complet du projet et que « si l’on continue dans cette voie, les dépenses augmentent rapidement ».

C’est pourquoi Titan Engineered Solutions continue d’expérimenter la numérisation 3D dans de nouveaux domaines. Avec le logiciel Artec Studio, par exemple, il est désormais possible de fusionner, en un seul maillage, des scans capturés avec des appareils totalement différents, en utilisant les données de la plus haute résolution de chacun d’entre eux.

« Au départ, nous avons choisi les scanners 3D Artec Leo et Artec Ray en raison de leurs propositions de valeur individuelles. Mais la numérisation 3D multi–résolution est définitivement une solution que nous envisageons. Il existe de nombreux projets pour lesquels il serait utile de combiner les scans. Avec une numérisation globale de la zone (avec un Artec Ray) et une autre plus détaillée (avec un Artec Leo), nous pourrions capturer des éléments obscurs qui ne sont tout simplement pas visibles avec un Artec Ray seul », conclut Brandon Koch.