Application de l'impression 3D dans l'industrie automobile

Les développements remarquables des technologies de fabrication additive au cours des dernières décennies ont transformé les manières potentielles dont les produits sont conçus, développés, fabriqués, fabriqués et distribués. Le secteur automobile a été très progressif dans l'expérimentation de l'impression 3D et ces avancées ont ouvert de nouvelles portes à de multiples égards. Cet article passe en revue les développements actuels et explique comment l'impression 3D peut remodeler le segment automobile.

Dans quels domaines l'impression 3D est particulièrement efficace

Le passage des processus de production conventionnels aux technologies d'impression 3D a révolutionné les entreprises de divers secteurs en améliorant les aspects techniques et commerciaux des pièces et des produits, mais il existe deux domaines majeurs où la FA aura la plus grande influence dans le secteur automobile.

Innovation produit

La fabrication additive peut produire des composants avec moins de restrictions de conception qui sont difficiles à produire à l'aide de processus de fabrication traditionnels. Cette flexibilité de conception ouvre la voie à l'innovation en permettant d'ajouter des fonctionnalités améliorées telles que le câblage électrique intégré (à travers des structures creuses), un poids plus faible (à travers des structures en treillis) et des géométries complexes qui ne sont pas possibles avec les processus traditionnels. De plus, les nouvelles technologies AM sont de plus en plus capables de produire des pièces imprimées multi-matériaux avec des propriétés individuelles telles que la conductivité électrique et la résistance variable. Ces processus AM jouent un rôle important dans la création de véhicules du futur plus sûrs, plus légers, plus rapides et plus efficaces. Light Cocoon d'EDAG est un exemple classique de la façon dont la FA peut potentiellement ouvrir de nouvelles portes en termes d'innovation.

Chaîne d'approvisionnement

La FA réduit le délai global en éliminant le besoin de nouveaux outils et en produisant directement les pièces finales. De plus, étant donné que la fabrication additive utilise généralement uniquement le matériau nécessaire à la production d'un composant, son utilisation peut réduire considérablement les rebuts et réduire l'utilisation du matériau. De plus, les composants légers fabriqués par FA peuvent réduire les coûts de manutention, tandis que la production à la demande et sur site peut réduire les coûts d'inventaire, offrant une chaîne d'approvisionnement flexible. Enfin, la fabrication additive peut prendre en charge une production décentralisée à des volumes faibles à moyens, y compris des réductions de coûts et une meilleure capacité à fabriquer des produits plus près des clients, réduisant ainsi la complexité de la chaîne d'approvisionnement.

Étapes du produit où la FA peut être appliquée

Avec ses avantages uniques, la FA est capable de remplacer quelques processus traditionnellement utilisés dans la production automobile. Voici quatre changements importants que la FA peut apporter à l'industrie automobile.

Processus de prototypage

Le prototypage prend normalement du temps et finit par coûter cher à mesure qu'un produit passe par plusieurs itérations. Le prototypage rapide (impression 3D) permet aux entreprises de transformer des idées brutes en une validation convaincante du concept. Ces concepts peuvent ensuite passer à des prototypes très précis qui correspondent étroitement au résultat final et guident finalement les produits à travers une série d'itérations et d'étapes de validation vers la production de masse. Dans l'industrie automobile, cette validation rapide est de la plus haute importance. Grâce à l'impression 3D, des prototypes très convaincants et représentatifs peuvent être créés en quelques jours, à un coût bien inférieur et raccourcir la distance entre l'idée et le produit final, renforçant ainsi leurs flux de travail globaux de développement de produits.

Réparation et assistance (pièces détachées)

Avec l'aide de la CAO, les conceptions de littéralement toutes les pièces peuvent être stockées sous forme de copie numérique dans un disque dur d'ordinateur, éliminant ainsi le besoin de maintenir un inventaire. Avec l'utilisation de l'impression 3D, une pièce de rechange pourrait potentiellement être produite à la demande. L'accessibilité de la technologie encouragera les fournisseurs à ouvrir de nouveaux espaces pour fournir un approvisionnement facile en composants et pièces détachées imprimés en 3D. Même les pièces qui n'existent plus peuvent potentiellement être refaites selon les besoins, par rétro-ingénierie basée sur des scans numériques de pièces existantes. Les conceptions plus anciennes peuvent se retrouver avec un nouveau souffle et d'un autre côté, les pièces de rechange des voitures classiques peuvent être reproduites facilement.

Personnalisé

La personnalisation est très coûteuse et prend beaucoup de temps avec les processus de fabrication conventionnels. L'impression 3D est idéale pour produire des pièces personnalisées à faible coût, offrant aux fabricants de nouvelles capacités dans ce qu'ils sont capables de produire et d'offrir à leurs clients. Pour les petits ateliers de voitures personnalisées, l'impression 3D de pièces automobiles a fourni des moyens d'améliorer la qualité et la créativité de leur travail, offrant une grande marge d'expérimentation et des conceptions personnalisées parfaites.

Fabrication en série (assemblages de pièces diverses)

L'impression 3D peut améliorer l'efficacité au stade de la fabrication générale des pièces. Vous pouvez avoir un assemblage de cinq ou six pièces automobiles qui peuvent maintenant être combinées en une seule pièce imprimée. Vous économisez du temps et des coûts d'assemblage, même si la pièce individuelle peut être plus chère. En consolidant les pièces, les processus d'impression 3D peuvent également aider à réduire le poids et à améliorer l'efficacité énergétique. Il sera plus logique d'un point de vue productif d'intégrer davantage l'impression 3D dans la fabrication générale de pièces.

Quelles sont les technologies et les matériaux appropriés

Des garnitures en plastique aux composants de moteur en métal, la FA a fait ses preuves et a plus à offrir en termes de processus technologiques et de matériaux pouvant être utilisés. Ce tableau donne un bref aperçu des options populaires.

Candidature	Processus	Matériel	Fonctionnalités	Exemples
Intérieur et sièges	SLA, SLS, MJF	Polymères	Composants cosmétiques personnalisés	Tableaux de bord, armatures de siège
Pneus, roues, suspension	SLS, MJF, DMLS	Alliages d'aluminium, polymères	Composants solides et robustes	Ressorts de suspension, enjoliveurs
Électronique	SLS, MJF	Polymères	Composants délicats	Capteurs, Panneaux de commande monobloc
Echappements et émissions	DMLS	Alliages d'aluminium	Pièces métalliques creuses	Évents de refroidissement
Sous le capot	SLS, MJF	Nylon	Partie fonctionnelle résistante à la chaleur	Couvercle de la batterie
Lumières	SLA, MJF	Résine	Entièrement transparent, haut niveau de détail	Phares, Prototypes de phares
Conduits d'air	SLS, MJF	Nylon	Conduits flexibles	Conduits CVC
Prototypes	SLA	Polymères	Haute définition, détails clairs	Prototypes finaux en haute définition
Supports de montage fonctionnels	SLS, SLM, MJF	Nylon PA12, titane	Léger, haute résistance	Support d'alternateur
Pièces de moteur complexes	DMLS	Alliages d'aluminium	Pièces métalliques consolidées, légères et fonctionnelles	Suspension triangulaire

Exemples d'utilisation industrielle actuelle

De nombreux équipementiers automobiles ont déjà commencé à travailler avec la FA, réalisant sa capacité et son efficacité, voici 2 exemples de ce type

Les pneus Uptis imprimés en 3D par Michelin

Le manufacturier français Michelin a présenté en 2019 son premier prototype de pneu soutenu par des technologies de fabrication additive. Appelés Uptis (Unique Puncture-proof Tire System), ces pneus ont été conçus pour être sans air afin de réduire les risques de crevaison et autres les pannes de perte d'air résultant d'une crevaison ou d'aléas routiers. La conception n'est possible que grâce à AM. En cas de succès, on pourrait s'attendre à ce qu'Uptis équipe certaines voitures d'ici 2024. Enfin, ces pneus increvables peuvent également réduire les déchets pour favoriser la mobilité durable (l'un des objectifs de la vision de mobilité du futur de l'entreprise).

Porsche et les premiers pistons de moteur imprimés en 3D

Le géant de l'automobile Porsche a imprimé en 3D des pistons de moteur pour la toute première fois. Les composants fabriqués de manière additive ont été conçus pour le moteur haute performance de la Porsche 911 GT2. L'impression 3D a permis d'optimiser les pistons et, par conséquent, de rendre cet élément moteur essentiel 10 % plus léger que ceux fabriqués traditionnellement. Porsche a utilisé un alliage d'aluminium spécial pour les pistons afin d'obtenir les meilleures propriétés pour cette application spécifique.

Conclusion

Compte tenu de la gamme de capacités débloquées par la FA, les dirigeants des entreprises automobiles devraient envisager de tirer parti des technologies de FA pour garder une longueur d'avance sur la concurrence. Alors que les techniques de fabrication traditionnelles sont profondément enracinées et continueront d'occuper une place importante dans l'industrie automobile, la fabrication additive fait son chemin.

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