Comment l'impression 3D révolutionne la production automobile — Perspectives 2021

L'impression 3D a évolué bien au-delà d'un outil de prototypage rapide ; elle est désormais un composant central de la fabrication automobile.

Selon une enquête Jabil de 2018, 94 % des acteurs de l'automobile prévoient d'étendre leurs capacités de fabrication additive (FA).

Dans les sections suivantes, nous examinons les principaux avantages de l'impression 3D pour les constructeurs, comment la technologie s'intègre dans la production, les défis qu'elle rencontre et ce que l'avenir réserve.

Les avantages de l'impression 3D pour l'industrie automobile

1. Innovation dans la conception

L'impression 3D débloque des géométries que les méthodes conventionnelles ne peuvent atteindre, permettant des composants légers et hautes performances.

Les ingénieurs l'associent à l'optimisation topologique et au design génératif pour éliminer le matériau superflu, réduisant le poids tout en conservant la résistance.

2. Assemblage simplifié

La consolidation des pièces réduit le nombre de composants à fabriquer et assembler, diminuant l'utilisation de matériau, la main-d'œuvre et le temps de cycle.

Des assemblages complexes multi-pièces sont souvent remplacés par une seule pièce intégrée, seulement réalisable grâce à la liberté de conception de la FA.

3. Personnalisation

La personnalisation de masse devient un facteur de différenciation sur le marché automobile. L'impression 3D permet aux OEM de produire des garnitures intérieures sur mesure, accessoires extérieurs et même pièces de performance à grande échelle.

Des marques de luxe comme Mini et Porsche ont été pionnières : Mini propose garnitures et poignées de porte imprimées en 3D, tandis que les nouveaux sièges de voiture de sport de Porsche utilisent des coussins en polyuréthane imprimés en 3D avec niveaux de fermeté sélectionnables.

Matériaux d'impression 3D pour applications automobiles

Les polymères haute résistance (nylon, PEEK), plastiques durables (ABS, ASA) et métaux (alliages d'aluminium, d'acier, de titane) sont les matières premières les plus courantes pour pièces fonctionnelles et outillage.

Les composites à fibres de carbone sont de plus en plus adoptés pour obtenir des composants encore plus légers et résistants.

Intégration de l'impression 3D dans le processus de production automobile

Développement et validation de produits

Le prototypage rapide et peu coûteux accélère les cycles de conception et permet aux ingénieurs de tester l'ajustement, la forme et la fonction avant de s'engager dans un outillage coûteux.

Le Centre Pre-Series d'Audi à Ingolstadt utilise l'impression 3D polymère pour produire des caches de feux arrière multicolores en une seule impression, divisant par deux les délais de prototypage et permettant une mise sur le marché plus rapide.

Outillage

L'usine Europa de Volkswagen fabrique désormais une grande partie de son outillage en interne grâce à l'impression 3D, réduisant les coûts de production d'outils de 90 % et les délais de plusieurs semaines à quelques jours.

Par exemple, un badge de hayon qui nécessitait 35 jours et 400 € peut maintenant être produit en quatre jours pour 10 €.

En 2017, VW a rapporté des économies de près de 325 000 €, ainsi qu'une amélioration de l'ergonomie et de la satisfaction des opérateurs.

Pièces de rechange

La production à la demande de pièces de rechange réduit les coûts d'inventaire et améliore les délais de livraison.

Daimler Buses explore l'impression 3D pour plus de 300 000 pièces, avec 200 déjà identifiées comme adaptées à la production. Des pièces telles que caches, poignées et supports peuvent être imprimées en jours au lieu de mois.

Le matériau non utilisé peut être recyclé immédiatement, améliorant l'efficacité matérielle.

Production de pièces finales

Les avancées de la FA permettent désormais la production de pièces d'utilisation finale de petite à moyenne taille, avec 40 % des OEM automobiles voyant un potentiel pour la production.

Ford, par exemple, a commencé à imprimer en 3D des composants structurels — tels que des pièces de service de levier de commande CVC et des supports de frein de stationnement électrique Mustang GT500 — en utilisant la technologie Digital Light Synthesis de Carbon.

L'impression 3D dans le sport automobile

Les équipes de course s'appuient sur la FA pour le prototypage rapide et les tests en soufflerie. Alfa Romeo Sauber F1 utilise le Frittage Laser Sélectif pour produire un arceau de sécurité en Scalmalloy léger, réduisant le temps de production de 25 %.

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

Production de masse

Les volumes automobiles — plus de 92 millions de véhicules en 2019 — dépassent encore les capacités actuelles de la FA. L'impression 3D est mieux adaptée à la production de faible volume et personnalisée, complétant les méthodes traditionnelles.

Des solutions de haut volume comme le jet de liant métal (HP, Desktop Metal, ExOne, GE Additive) émergent, bien que l'adoption industrielle puisse prendre 5 à 10 ans.

Tailles de construction

De nombreux systèmes FA ont des enveloppes de construction limitées, nécessitant une construction modulaire et un post-assemblage. Les technologies à grande échelle comme WAAM et BAAM sont en développement actif.

Déficit de compétences en FA

La conception pour la FA, l'exploitation des machines, la manipulation des matériaux et le post-traitement nécessitent une formation spécialisée. Les partenariats avec les universités et les programmes internes aident à combler cet écart.

L'impression 3D dans l'automobile : la route à venir

Selon SmarTech Analysis, la FA pour la production automobile atteindra un marché de 10 milliards de dollars d'ici 2030.

On peut s'attendre à plus de composants fonctionnels imprimés en 3D — supports, boîtiers, même pièces de moteur — dans l'industrie.

Des projets comme la navette autonome Ollie imprimée en 3D de Local Motors démontrent le potentiel de véhicules entièrement imprimés, laissant entrevoir un futur où l'impression 3D pourrait construire des voitures entières.