Comment l'impression 3D redessine l'industrie automobile : 4 tendances clés de la fabrication numérique

Véhicules autonomes, voitures électriques et personnalisation de masse redéfinissent le paysage automobile. Pour rester compétitifs à l'ère de l'Industrie 4.0, les fabricants accélèrent l'adoption des technologies d'impression 3D.

1. L'impression 3D propulse l'électrification des véhicules

Une récente enquête Jabil montre que 48 % des constructeurs automobiles visent à devenir leaders du marché des véhicules électriques. Cette ambition alimente l'usage croissant de la fabrication additive (FA) dans le secteur.

Alors que l'industrie pivote des moteurs à combustion vers les VE, l'impression 3D offre un chemin de développement rapide et permet des designs auparavant impossibles. L'allègement, piloté par les outils de conception générative et la liberté de design de la FA, est particulièrement critique pour les VE, où la masse réduite se traduit directement en autonomie accrue et besoins en batterie moindres.

« La conception générative et la FA deviendront bientôt les principaux facilitateurs de pièces plus légères pour les voitures électriques », affirme Kevin Quinn, Directeur de la Conception et Fabrication Additive chez GM, dans une interview avec Additive Manufacturing Media.

La réduction de poids est vitale : les véhicules plus lourds exigent des batteries plus grandes pour atteindre les cibles d'autonomie, et les batteries elles-mêmes ajoutent une masse significative. Ainsi, chaque kilogramme économisé sur le véhicule ou ses composants étend l'autonomie et améliore les performances.

L'Olli de Local Motors — une navette électrique autonome imprimée en 3D — illustre cette tendance. En utilisant les plus grandes imprimantes 3D au monde, la BAAM (Big Area Additive Manufacturing) d'ORNL et la LSAM (Large Scale Additive Manufacturing) de Thermwood, l'entreprise a produit la plupart des composants structurels d'Olli, dont le toit et la carrosserie inférieure. Olli est maintenant en essais dans 13 sites mondiaux.

Arcimoto, un fabricant américain de véhicules durables, s'associe à XponentialWorks pour produire des Fun Utility Vehicles (FUV) intégrant des pièces imprimées en 3D comme un bras oscillant arrière, un porte-fusée, un bras de commande supérieur et une pédale de frein. Ces composants ont été redessinés avec l'outil de conception générative ParaMatters, générant des économies de poids de 34 % à 49 %. Avec ces redesigns, Arcimoto a atteint 120 lb sur l'objectif de 200 lb et prévoit d'atteindre le but final bientôt.

La prochaine décennie sera charnière alors que le secteur des VE explore comment exploiter au mieux l'impression 3D pour une production de véhicules durable.

2. Intégrer la FA dans la production de série automobile

Si l'impression 3D a d'abord gagné du terrain pour le prototypage rapide, les constructeurs s'y tournent maintenant pour la production directe de pièces et l'outillage. Ce changement signale un passage vers la production de masse numérique.

Cependant, la production automobile exige un haut débit, de faibles coûts matériaux et une automatisation profonde. S'y ajoutent des modèles de demande évolutifs, la dynamique des chaînes d'approvisionnement et la poussée pour la personnalisation de masse.

Pour relever ces défis, l'industrie FA avance rapidement. Le binder jetting métallique, par exemple, offre des vitesses d'impression supérieures à de nombreux autres procédés FA métalliques, un avantage clair pour la production de volume.

Les constructeurs automatisent aussi leurs flux FA : intégrant outils DfAM (Conception pour la FA), logiciels MES (Système d'Exécution de Fabrication) pour la traçabilité, et systèmes de post-traitement automatisés. Simultanément, les développeurs de matériaux lancent des plastiques stables aux UV et des métaux de grade automobile comme l'aluminium et l'acier répondant aux spécifications de l'industrie.

Un rapport SmarTech projette les revenus de production FA automobile à près de 10 milliards de dollars d'ici la fin de cette décennie.

Bien que la production de pièces finales par FA soit encore en phase de conquête, l'élan devrait s'accélérer sur les cinq à dix prochaines années à mesure que la technologie mûrit et que de nouvelles applications émergent.

3. La collaboration pilote l'industrialisation de la FA

Partenaires industriels et de recherche travaillent à industrialiser l'impression 3D en lignes de production entièrement automatisées pour l'automobile. L'ampleur des projets récents met en lumière cet élan collaboratif.

Le projet Industrialisation et Digitalisation de la Fabrication Additive (IDAM), mené par le groupe BMW, rassemble douze partenaires pour construire des lignes de production capables de fabriquer au moins 50 000 composants courants par an et plus de 10 000 pièces individuelles ou de rechange. Le projet vise aussi à diviser par deux les coûts unitaires des composants métalliques imprimés en 3D. IDAM durera deux ans, établissant l'impression 3D métallique durable en production.

En FA polymère, le projet POLYLINE s'attaque aux défis d'intégration des polymères imprimés en 3D dans les lignes automobiles. Il se concentre sur le développement de nouvelles normes, l'automatisation accrue et la création de flux de données numériques qui améliorent l'efficacité à travers production et chaînes d'approvisionnement.

Les deux initiatives, basées en Allemagne, reflètent le fort investissement du pays dans la FA pour la production de pièces finales.

4. Électronique imprimée en 3D pour voitures connectées

Les véhicules connectés prolifèrent avec une multitude de capteurs et antennes, exigeant une électronique plus petite et plus complexe. L'impression 3D pour l'électronique permet d'intégrer ces composants directement dans les structures mécaniques, améliorant fiabilité et durée de vie tout en réduisant coûts et temps de développement.

Des chercheurs de l'Institut des Systèmes et Robotique au Portugal explorent des capteurs tactiles imprimés en 3D pour remplacer les boutons physiques. Neotech AMT GmbH voit du potentiel dans l'impression 3D de motifs chauffants pour intérieurs de voiture, réduisant poids, nombre de pièces et étapes d'assemblage.

Bien que les composants électroniques imprimés en 3D ne soient pas encore grand public, l'adoption généralisée de l'impression 3D pour pièces métalliques et plastiques dans l'automobile suggère que la prochaine vague d'électronique complexe et légère suivra.

L'impression 3D dans l'automobile : au seuil du changement

Alors que les véhicules deviennent plus intelligents et autonomes, constructeurs et fournisseurs font face à des transformations qui poussent à une adoption accrue de l'impression 3D. La technologie offre une flexibilité inégalée, permettant la création de pièces que les procédés traditionnels ne peuvent produire.

Les partenariats stratégiques avec des entreprises FA et les projets collaboratifs d'industrialisation façonnent l'avenir de la fabrication automobile. Si l'impact complet reste à démontrer, la vision et l'ampleur de ces initiatives signalent un avenir radieux pour l'impression 3D dans l'industrie.