Un KR AGILUS dans la production d'endoscopes offre une vue libre de l'intérieur

Chez KARL STORZ à Widnau, en Suisse, des bonnettes oculaires pour endoscopes sont fabriquées de manière automatisée depuis l'été 2021. Depuis, un KR AGILUS allège la charge de travail de l'équipe et a permis d’accélérer la production. Une success story helvético-souabe.

« Nous avions une machine à souder qui a pris de l'âge et qui n'était malheureusement plus très fiable. » C'est ainsi que Sarah Mühleck, directrice du site de la filiale KARL STORZ à Widnau/Suisse, décrit la raison de l'automatisation. C'était fin 2020. Son équipe s'est donc mise à la recherche d'une solution efficace et innovante. KARL STORZ, fondée en 1945, est synonyme d' endoscopes, d'instruments médicaux et d'appareils de qualité supérieure. Environ 8 300 collaborateurs dans le monde entier sont responsables du développement, de la production, de la vente et du service après-vente d’environ 15 000 produits. Le siège de l'entreprise se trouve à Tuttlingen, dans le Wurtemberg, mais la production est également assurée aux États-Unis, en Estonie et, justement, en Suisse. Non loin du lac de Constance, à Widnau, a lieu la fabrication des composants optiques pour endoscopes tels que les oculaires, qui permettent de voir à l'intérieur du corps et qui doivent donc être extrêmement étanches et nettoyables.

Prélèvement et placement (Pick&Place) : un KR AGILUS fait partie de la production d'endoscopes à Widnau. Il place les pièces brutes et retire les pièces finies © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Du travail manuel monotone à l'installation de soudage au laser

Le processus concret pour lequel le nouveau système de soudage était nécessaire consistait à assembler un manchon en acier inoxydable avec la lamelle sertie dans un anneau en acier inoxydable également. Ces deux éléments font partie de ce que l'on appelle la bonnette oculaire de l'endoscope. Ceci permet au chirurgien de voir librement les organes creux ou les cavités du corps lors d'interventions endoscopiques. Le travail manuel était indispensable pour cela. Les employés plaçaient les composants dans la machine et les retiraient après le processus de soudage - toujours un manchon et un anneau à souder dessus avec lamelle. « Nous déchargeons progressivement nos collaborateurs de telles tâches monotones, répétitives et pénibles », remarque Sarah Mühleck.

La pose de la lamelle sur le manchon demande du doigté, tout comme le Pick&Place par le robot. Une tâche idéale pour le KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Automatisation, première étape : trouver un système de soudage

L'équipe de Widnau a cherché de manière ciblée une solution d'automatisation. En ce qui concerne le processus de soudage proprement dit, le système favori était déjà clair : l'entreprise KARL STORZ testait depuis quelques mois déjà le système de soudage au laser 3D TruLaser Station 7000 de l'entreprise TRUMPF à Ditzingen, en Souabe, et en était très satisfaite. TRUMPF, fondée en 1923, connaît un succès international grâce à sa technologie laser et à son ingénierie de systèmes, et désormais aussi grâce à ses solutions pouvant être automatisées. Un accent est mis sur la découpe, le soudage et le marquage au laser.

L'équipe de KARL STORZ à Widnau s'est rapidement habituée à travailler avec le nouveau système de soudage au laser 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Deuxième étape : recommandation dans le voisinage

15 000 personnes travaillent pour TRUMPF, la collaboration avec KARL STORZ fait ses preuves depuis près de 30 ans. Lorsque l'automatisation de la TruLaser Station 7000 a été évoquée, l'équipe de TRUMPF a pu recommander un intégrateur - également situé à proximité, ce qui était pratique. L'entreprise wbt automation, située à Gosheim, emploie actuellement 18 personnes. Le directeur de wbt, Joachim Burkert, a rapidement été séduit par l'idée d'automatiser partiellement la production de bonnettes oculaires. « Le nom wbt signifie aussi ,Wir bewegen Teile' ('Nous faisons bouger les pièces'), nous étions heureux d'y participer », dit-il rétrospectivement. « Même si les exigences étaient élevées. »

Joachim Burkert, directeur de wbt automation. Son entreprise mise de préférence sur les robots KUKA © wbt

Troisième étape : clarifier les détails techniques de l'installation de soudage au laser

Joachim Burkert précise : « Nous devions placer un très grand nombre de pièces dans un espace restreint, avec un petit robot dans une cellule compacte, les positionner et les déposer avec précision dans l’appareil de soudage. De plus, nous avons dû nous accorder entre nous sur la précision avec laquelle le robot devait transporter les pièces car nous voulions saisir deux pièces à chaque mouvement et les assembler. » Pour environ 98 pour cent des projets d'automatisation, wbt automation a recours à des robots KUKA, rapporte Burkert. « La précision nécessaire à cet effet exigeait un robot mesuré avec précision, pas un robot prêt à l'emploi. Nous avons choisi un KR AGILUS de type KR10 R1100, qui a été envoyé spécialement en camp d'entraînement chez KUKA avant d'arriver chez nous. » Désormais, il peut notamment vérifier la position des pièces à l'aide de ses capteurs laser et utiliser, outre le préhenseur quadruple, un petit soufflet d'aspiration pour positionner chaque lamelle avec précision.

Une équipe bien rodée : le robot KR AGILUS pour la manutention et la TruLaser Station 7000 de TRUMPF pour le soudage au laser 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Quatrième étape : un mariage prometteur

La cellule robotisée est arrimée à la TruLaser Station 7000, mais peut être retirée et entretenue de manière flexible. Votre magasin de pièces contient quatre tiroirs qui peuvent contenir jusqu'à 960 pièces au total. Le KR AGILUS s'en sert pour transporter les pièces dans l'installation de soudage au laser - deux manchons par opération de soudage et les lamelles placés exactement dessus. Les bonnettes oculaires soudées sont également déposées à nouveau dans le magasin de pièces. Joachim Burkert explique que le robot KUKA a permis de bénéficier de conditions techniques des meilleures : « Nous avons marié le contrôleur KUKA éprouvé et le boîtier de commande bien connu avec des composants de notre entreprise. Le robot a été monté sur une cellule spécialement conçue pour lui, la MRC flextray. Nous avons établi une connexion sécurisée avec notre commande Siemens via Profibus, ce qui nous permet de communiquer sans problème avec le système TRUMPF. »

Pick&Place avec le préhenseur spécial conçu par wbt automation. Il utilise un soufflet d'aspiration sous vide pour assurer le positionnement des pièces brutes © wbt

Cinquième étape : convaincre les sceptiques

Wolfgang Karl, chez KARL STORZ depuis quarante ans et spécialiste du laser dans l'entreprise, reconnaît avoir été sceptique au début. « J'avais bien sûr des questions lors du développement. Comment le robot saisit-il les pièces, est-ce que c’est sûr ? Que se passe-t-il si, suite à une erreur, le préhenseur n'insère qu'une seule pièce alors qu'il doit en transporter deux à l'extérieur ? Et comment faire pour être sûr à 100 % qu'il n'y ait pas de problèmes ? » Pour répondre à cette question, wbt automation a fourni « une simulation complète en amont, que nous avons réalisée avec le logiciel de simulation KUKA.Sim », comme le décrit Joachim Burkert. Grâce au jumeau numérique , l'intégrateur a pu « présenter l'ensemble du produit avant même que le matériel ne soit là », explique M. Burkert. « Cela a dissipé mes doutes », souligne Wolfgang Karl.

Chez KARL STORZ, Wolfgang Karl est l'expert pour tous les processus laser © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Sixième étape : exister au quotidien, fournir une qualité élevée

En combinaison avec le laser approprié - dans ce cas, un TruFiber 500 à base de fibres de 500 watts - la production automatisée a démarré. Il ne restait plus qu'à convaincre les employés qui n'avaient plus à charger et décharger la machine à souder, mais qui devaient, entre autres, remplir les tiroirs, commander le robot et effectuer le contrôle de qualité. Sarah Mühleck raconte : « Personne n'a été licencié, nous avons plutôt pu compenser un départ à la retraite grâce à l'automatisation. Mais certains collaborateurs avaient des doutes quant à leur capacité à faire face à la nouvelle technique. » L'entreprise wbt a formé les collaborateurs de KARL STORZ aussi bien à Tuttlingen qu'à Widnau et leur a ôté toute incertitude.

Installation flexible pour le soudage au laser 3D : le robot peut être rapidement séparé du système laser à tout moment © Stefan Hobmaier, TRUMPF

« Les cordons sont très, très bons »

Bilan de Sarah Mühleck après un peu plus de six mois : « Chaque collaborateur peut utiliser le robot et cette station est même particulièrement appréciée dans notre système de rotation. » Six mois après la première rencontre de tous les acteurs, la TruLaser Station 7000 est entrée en service à Widnau avec la cellule robotisée KR AGILUS. Avec un succès indéniable : pour le chargement et le déchargement, qui prennent en moyenne dix secondes en travail manuel, le robot met deux secondes. Mais le plus important, selon Sarah Mühleck : « La qualité est au rendez-vous. Les cordons sont très, très bons. Et le système est fiable, il n’y a pas de perte. »

Sarah Mühleck lors du contrôle de qualité : la bonnette oculaire ne peut être utilisée que si la lamelle et le manchon sont parfaitement soudés © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Bilan : automatisation phare

Dr. Axel Frey, gestionnaire de produits chez TRUMPF, se montre également impressionné par ce projet d'automatisation. « Mettre des pièces dans un système de soudage au laser et les en sortir, et ce avec une sécurité de processus maximale - c'est quelque chose qu'un employé peut certes réaliser, mais premièrement pas à cette vitesse et deuxièmement pas de manière constante à 100 %. Cependant, ce processus doit être constant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 et la qualité doit rester élevée. » Avec la TruLaser Station 7000 à Widnau, c'est possible. Mieux encore : « Le projet a également reçu un feedback très positif de la part de techniciens médicaux américains à qui je l'ai présenté. Cette automatisation est un projet phare à bien des égards. »

Pick - Place - Souder ! L'installation de soudage au laser fournit une qualité maximale pour l'endoscopie © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Chaque collaborateur peut commander le robot KUKA et cette station est même particulièrement appréciée dans notre système de rotation.

Sarah Mühleck, directrice du site KARL STORZ à Widnau

Un groupe ouvert aux nouveaux défis

Pour Joachim Burkert, le fait que le système de soudage au laser et le robot puissent être rapidement séparés à tout moment rend cette solution particulièrement prometteuse. « Si dans cinq ans, KARL STORZ a une autre tâche à confier au robot, les collaborateurs peuvent désaccoupler la cellule en moins d'une minute et attribuer la nouvelle tâche à KR AGILUS. On peut également attribuer deux lasers différents à un KR AGILUS : le jour, il travaille sur le laser numéro un, la nuit sur le laser numéro deux. » Actuellement, personne ne veut toutefois changer quoi que ce soit chez KARL STORZ à Widnau. Tout le monde est satisfait de la manière dont les personnes, les machines et le robot KUKA accomplissent leurs tâches. « C'était vraiment une bonne collaboration. », conclut Sarah Mühleck, directrice du site. « Cela donne envie de renouveler ce genre d'expérience. »