5 grands constructeurs automobiles exploitent l'impression 3D pour révolutionner la production

3ERP a couvert de nombreuses façons dont les constructeurs automobiles bénéficient des avantages que l'impression 3D apporte au premier plan. Alors que la technologie gagne un pied plus mainstream dans l'industrie automobile, de nombreuses entreprises prennent note, mais beaucoup l'utilisent à des capacités et fins diverses. Ces besoins peuvent englober n'importe quoi, des outillages aux pièces de rechange/gestion chaîne d'approvisionnement en passant par les pièces d'utilisation finale et même des voitures entières.

C'est intéressant de voir jusqu'où la technologie est allée, comment elle est employée par les grands noms de l'industrie et où ils la voient aller pour leurs futures chaînes de production. Cet article vise à fournir un aperçu des nombreuses façons dont certains des plus grands constructeurs automobiles au monde utilisent l'impression 3D dans leur flux de travail.

BMW

Comme la plupart de l'impression 3D est utilisée pour des séries de production de plus petit volume, il y a beaucoup de place pour la personnalisation et l'ajout de complexité en utilisant les éléments uniques que l'impression 3D permet. BMW n'est pas étranger à de telles formes de design et fabrication, employant l'impression 3D en pré-développement, validation véhicule, tests, ou en voitures concept et show. Ils emploient la technologie pour des volumes plus grands, mais les petites séries leur permettent de personnaliser les produits précisément aux besoins de leurs clients.

L'entreprise a été prolifique dans son utilisation de la fabrication additive, notant qu'ils voient potentiellement « un grand potentiel futur pour la production en série et de nouvelles offres clients » (selon les experts de BMW en Allemagne). Ils utilisent la technologie pour améliorer à la fois composants plastiques et métalliques. Ils ont le plus célèbre travaillé avec HP pour produire des pièces sur leurs systèmes de fabrication à grande échelle.

Comme beaucoup d'autres entreprises sur cette liste, BMW l'utilise comme moyen de produire des pièces que d'autres technologies ne peuvent créer. Un bon exemple est le couvercle supérieur de la i8 Roadster. La fabrication de la fixation pour ce composant n'aurait pas été possible avec un procédé de fonderie traditionnel. En plus d'étendre les possibilités de design, la pièce auto imprimée en 3D est plus durable et pèse aussi moins que les itérations précédentes.

De même, BMW a dévoilé la iFE.20 Formula E avec un arbre de refroidissement imprimé en 3D fabriqué à partir de fibres de lin. La pièce a été présentée fin 2019. Comparé aux matériaux carbone habituels, le lin a une absorption et une résistance aux chocs supérieures, ce qui peut être avantageux sur les circuits urbains avec leurs bosses et barrières de sécurité, sur lesquels la Formula E se déroule. Cela en a fait la première voiture de course BMW alignée par une équipe d'usine avec des pièces en fibres textiles renouvelables, la rendant aussi écologique.

Gants BMW avec protection de pouce

L'entreprise utilise l'impression 3D pour l'outillage et la sécurité aussi. Un bon exemple est les gants spécialisés qu'ils utilisent pour finir les bouchons de trous de drainage. Ces bouchons doivent être mis en place manuellement avec les doigts de l'ingénieur, ce qui signifie beaucoup de contrainte sur les pouces. Heureusement, ils ont trouvé la solution imprimée en 3D qui pouvait être adaptée sur les gants de travail.

Même en dehors de leur travail sur leurs propres automobiles, les ingénieurs de l'entreprise ont prêté main-forte à des projets externes. Un exemple est le développement de sièges imprimés en 3D sur mesure pour l'équipe britannique de basket-ball paralympique. En utilisant des scans corporels 3D et le dernier cri en fabrication additive, les ingénieurs de BMW ont construit toute une flotte de fauteuils roulants permettant aux joueurs d'afficher un niveau de performance athlétique plus avancé.

Ford

Gabarits et fixations Ford

Quant à l'engagement envers l'impression 3D, Ford fonce tête baissée dans l'adoption de la technologie. L'entreprise a mis en place un centre de fabrication additive et en a employé les opérations intensivement dans leurs flux de travail. En termes de création d'impressions plastique et métal, ils ont un partenariat de longue date avec diverses entreprises comme Ultimaker, Stratasys et GE Additive, qui fournissent des machines pour toutes sortes d'applications AM à travers la chaîne de production.

Ils utilisent aussi l'impression 3D pour réduire coûts et temps pour l'outillage, l'entreprise ayant trouvé qu'il était plus rapide de faire leurs propres pièces sur site qu'attendre les fournisseurs. Ils appliquent ces mêmes principes aux gabarits et fixations, qu'ils développent dans des installations partout dans le monde.

Ils ont étendu leurs opérations d'impression 3D au cours des dernières décennies, fabriquant composants métal et plastique. Comme l'entreprise déclare : « Au cours des dernières décennies, Ford a imprimé bien plus de 500 000 pièces et économisé des milliards de dollars et des millions d'heures de travail. Là où cela aurait pris 4-5 mois et coûté 500 000 $ pour produire un prototype avec méthodes traditionnelles, une pièce imprimée en 3D peut être produite en quelques jours ou heures pour quelques milliers de dollars ».

De même, les diverses filiales de Ford ont montré leurs compétences en AM, notamment les équipes de design derrière la Shelby GT500. Cette année, elles ont imprimé en 3D les designs les plus prometteurs pour la nouvelle GT500 en quelques jours, accélérant immensément les étapes d'amélioration et de test. Ce rythme leur permet de peaufiner la Shelby GT500 petit à petit, apportant de nouveaux designs physiques à une vitesse fulgurante. Elles ont aussi développé un nouveau design hybride aileron-aile que l'équipe appelle « the swing ». Ce nouveau design est un facteur proéminent dans les capacités aérodynamiques impressionnantes de la GT500.

Moteur EcoBoost

L'entreprise a franchi une autre étape majeure en impression 3D en février. Leur division Ford Performance, traitant les composants haute performance, a imprimé en 3D ce qu'ils revendiquent être la plus grande pièce métallique automobile pour un véhicule fonctionnel dans l'histoire de l'automobile. La pièce métallique a été installée dans le Hoonitruck, un Ford F-150 1977 avec un moteur V6 EcoBoost 3,5 L biturbo. La pièce elle-même est un collecteur d'admission en aluminium, imprimé en utilisant le Concept Laser X LINE 2000R de GE Additive.

Volvo

Bien que pas l'utilisateur le plus proéminent de l'impression 3D automobile, Volvo a fait de grands progrès sur ce front ces dernières années. Tout comme beaucoup d'autres entreprises sur cette liste, Volvo utilise l'impression 3D pour l'outillage et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. L'usage de l'impression 3D a particulièrement été utile pour réapprovisionner les machines de l'entreprise avec de nouvelles impressions pour pièces hors production. Volvo utilise principalement des pièces plastiques imprimées en 3D et regarde vers l'implémentation de pièces métalliques dans un futur proche.

En 2018, l'entreprise utilisait la fabrication additive principalement pour le prototypage et l'outillage. « Comme nous n'avons besoin de produire que de faibles volumes de pièces pour le prototypage, c'est un bon moyen de voir ce qui fonctionne, » dit Fredrick Andersson, ingénieur développement pour installation groupe motopropulseur chargeuses sur pneus chez Volvo CE [équipement de construction]. « Nous avons beaucoup de connaissances et nous pouvons faire des changements rapidement et facilement avec l'impression 3D. Et à cause de cela, cela signifie que le temps de mise sur le marché pour un nouveau produit est plus rapide, donc c'est d'un grand bénéfice pour notre entreprise .»

La vitesse accrue de prototypage a été massivement utile à l'entreprise, comme le prouvent diverses nouvelles technologies qu'ils testaient. Par exemple, les ingénieurs Volvo ont conçu de nouveaux corps de pompe à eau pour les véhicules A25G et A30G de l'entreprise. Ils ont lancé des simulations pour optimiser le design des passages de flux internes dans le corps, mais avaient besoin de construire un prototype pour effectuer des tests fonctionnels et valider le nouveau design. Le coût d'outillage pour ce projet aurait été d'environ 9 090 $, avec le coût de pièce autour de 909 $. Le délai pour produire le prototype aurait été de 20 semaines minimum. De l'autre côté, l'impression 3D du prototype a coûté 770 $ et pris seulement deux semaines.

Cependant, en 2019 l'entreprise a monté d'un cran en termes de processus AM, particulièrement avec sa branche Volvo Trucks. Leur usine New River Valley (NRV) à Dublin, Virginie a fait pas mal de titres cette année dans le monde de la fabrication. Ils utilisent principalement le SLS mais ont aussi touché à d'autres méthodes AM. Cette installation particulière produit plus de 500 outils et fixations de fabrication en usage sur le plancher de production faits par impression 3D. L'installation est aussi un hub majeur pour l'ingénierie automobile nord-américaine.

En dehors des automobiles commerciales, l'entreprise développe aussi de l'équipement de construction. Sûrement, l'impression 3D a aussi marqué cet aspect des opérations de l'entreprise. Volvo a appliqué l'impression 3D dans le ré-outillage de leurs camions articulés, réduisant ainsi le coût du prototypage par dix. Cela leur a aussi permis de réduire le temps passé de 20 à seulement 2 semaines.

GM

General Motors, et ses diverses autres branches, sont des utilisateurs majeurs (et développeurs) de la technologie d'impression 3D. En 2018, GM économisait 300 000 $ par an sur l'outillage et fait des avancées suffisantes vers le développement de nouvelles technologies utilisant des sources de carburant alternatives. Le constructeur leader a annoncé l'an dernier qu'il prévoit de lancer 20 nouveaux modèles électriques et à pile à combustible globalement d'ici 2023.

Bien que leurs opérations d'impression 3D aient largement porté sur le prototypage, elles s'étendent. L'entreprise prévoit en outre de monter en gamme leurs opérations d'impression pour produire « des dizaines de milliers de pièces à grande échelle à mesure que la technologie s'améliore », selon Kevin Quinn, directeur du design additif et fabrication chez GM. Ce plan devrait se dérouler sur les 5 prochaines années.

Le centre technique Warren de GM produit environ 30 000 pièces prototypes chaque année. Les pièces consistent en au moins neuf sortes de matériaux, employant combinaisons de plastiques, métaux et poudres. Elles sont principalement utilisées pour le prototypage mais l'entreprise regarde aussi les pièces d'utilisation finale. Ils co-détennent aussi les laboratoires HRL avec Boeing, qui ont produit un alliage d'aluminium imprimé en 3D.

Dan Grieshaber, directeur de l'intégration manufacturière globale de GM, a déclaré que la majorité des usines GM ont maintenant des imprimantes 3D. L'entreprise prévoit de l'augmenter encore, au moins dans leurs usines nord-américaines. Ce mouvement devrait économiser à GM des millions de dollars en coûts de production annuellement. GM a longtemps été un investisseur dans l'impression 3D et ses diverses sous-technologies. Ils l'appliquent pour la construction rapide d'outils et accessoires pour ouvriers dans leurs usines. Juste cette année, l'entreprise a déclaré que l'implémentation d'une machine d'impression 3D à 35 000 $ a économisé 300 000 $ à l'entreprise sur deux ans. Bien que la production d'outillage soit le rôle principal de l'imprimante, il est possible que l'entreprise augmente le rôle de la fabrication additive dans leurs opérations quotidiennes.

Support GM développé en collaboration avec Autodesk

Leur partenariat avec Autodesk a été bénéfique pour fabriquer des pièces imprimées en 3D légères qui pourraient aider l'automobile à atteindre ses objectifs d'ajout de véhicules à carburant alternatif à sa gamme. Aussi partie de cette même collaboration, en 2019 les deux entreprises ont présenté un support de siège imprimé en 3D en acier inoxydable développé avec la technologie Autodesk.

Début 2019, GM examinait une nouvelle application de design pour l'impression 3D. En collaboration avec Michelin, ils cherchaient à produire un nouveau type de pneu avec une durabilité supérieure. Le pneu Uptis est encore en développement mais les entreprises sont passées à la phase de test. Ils revendiquent que les pneus seraient 100 % durables, résistants et capables de durer encore plus longtemps. Ils sont aussi une alternative bien plus verte, avec moins de déchets pendant la production. Récemment, les ingénieurs utilisaient une flotte de Chevrolet Bolt EV pour tester les nouveaux pneus au Michigan, et ont évoqué la possibilité de les rendre disponibles au public en 2024.

Porsche

Porsche utilise l'impression 3D pour une gamme de fins différentes, des composants majeurs à la réinvention de la chaîne d'approvisionnement pour leurs modèles plus anciens. Porsche utilise actuellement l'impression 3D pour produire des pièces de rechange très spécifiques, mais pas si extensivement. Cela est dû aux normes de qualité strictes qu'ils doivent conduire pour assurer la sécurité. L'entreprise travaille aussi avec un nombre global d'unités plus faible car c'est plus une marque de voitures classiques et de luxe.

Pour le développement de composants hors production comme le levier de débrayage sur la Porsche 959, l'entreprise emploie la fusion laser. Ils utilisent de l'acier à outils en poudre et obtiennent la pièce bien plus efficacement qu'il ne serait possible autrement avec des méthodes alternatives.

L'usage de l'impression 3D a aussi permis à l'entreprise de se tourner vers l'impression à la demande, permettant des coûts bien plus bas associés aux matériaux, transport et stockage. C'est aussi bénéfique car ces pièces ne sont pas en plus grande demande et sont souvent chères à maintenir en production constante. Porsche a le plus célèbre travaillé avec Markforged pour faire revivre ces pièces classiques.

Principalement, ils utilisent le SLM et SLS pour les diverses pièces qu'ils ont besoin de produire. Porsche a déclaré que les pièces imprimées en 3D sont supérieures aux anciennes dans de nombreux cas. Bien qu'ils impriment un nombre limité de pièces actuellement, ils ont étendu le portefeuille depuis 2018 et testent des composants futurs.