Comment l'impression 3D révolutionne l'industrie automobile

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

Dans quels domaines l'impression 3D est particulièrement performante

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 produits, mais il y a deux domaines majeurs où la fabrication additive aura la plus grande influence concernant le secteur automobile.

Innovation produit

La fabrication additive peut produire des composants avec moins de restrictions de conception qui sont difficiles à produire en utilisant les 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 (via des structures creuses), la réduction de poids (via des structures en treillis) et des géométries complexes impossibles par 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 plus sûrs, plus légers, plus rapides et plus efficaces pour l'avenir. Le Light Cocoon d'EDAG est un exemple classique de la façon dont l'AM peut potentiellement ouvrir de nouvelles portes en termes d'innovation.

Chaîne d'approvisionnement

L'AM réduit le délai global en éliminant le besoin de nouveaux outillages et en produisant directement les pièces finales. De plus, comme l'AM utilise généralement seulement le matériau nécessaire pour produire un composant, son utilisation peut réduire drastiquement les rebuts et réduire la consommation de matériau. En outre, les composants légers fabriqués par AM 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, l'AM peut soutenir une production décentralisée à faibles et moyens volumes, y compris des réductions de coûts et une capacité améliorée à fabriquer des produits plus près des clients, réduisant la complexité de la chaîne d'approvisionnement.

Étapes de produit où l'AM peut être appliquée

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

Processus de prototypage

Le prototypage est normalement chronophage et finit par être coûteux car un produit passe par plus d'itérations. Le prototypage rapide (impression 3D) permet aux entreprises de transformer des idées brutes en validation de concept convaincante. Ces concepts peuvent ensuite passer à des prototypes hautement précis qui correspondent étroitement au résultat final et guider finalement les produits à travers une série d'étapes d'itération et de validation vers la production de masse. Dans l'industrie automobile, cette validation rapide est d'une importance capitale. Avec l'impression 3D, des prototypes hautement 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 support (pièces de rechange)

Avec l'aide de la CAO, les conceptions pour littéralement toutes les pièces peuvent être stockées sous forme de copie numérique sur un disque dur d'ordinateur, éliminant 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 de rechange imprimés en 3D. Même les pièces qui n'existent plus peuvent potentiellement être refaites sur demande, ou rétro-conçues sur la base de scans numériques de pièces existantes. Les anciens designs peuvent se retrouver avec un nouveau souffle de vie et d'un autre côté, les pièces de rechange de voitures classiques peuvent être reproduites facilement.

Personnalisation

La personnalisation est très coûteuse et chronophage 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 personnalisation automobile – l'impression 3D de pièces automobiles a fourni des moyens de pousser la qualité et la créativité de leur travail, offrant beaucoup de portée pour expérimenter et perfectionner des designs personnalisés.

Fabrication en série (assemblages de diverses pièces)

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

Quelles technologies et matériaux sont adaptés

Allant des garnitures en plastique aux composants moteurs en métal, l'AM a prouvé sa valeur 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.

Application	Procédé	Matériau	Caractéristiques	Exemples
Intérieur et Sièges	SLA, SLS, MJF	Polymères	Composants cosmétiques personnalisés	Tableaux de bord, cadres de sièges
Pneus, roues, suspension	SLS, MJF, DMLS	Alliages d'aluminium, Polymères	Composants robustes, solides	Ressorts de suspension, enjoliveurs
Électronique	SLS, MJF	Polymères	Composants délicats	Capteurs, panneaux de commande monoblocs
Échappements et émissions	DMLS	Alliages d'aluminium	Pièces métalliques creuses	Évents de refroidissement
Sous le capot	SLS, MJF	Nylon	Pièce fonctionnelle résistante à la chaleur	Couvercle de batterie
Éclairage	SLA, MJF	Résine	Totalement transparent, Haute définition	Phares, prototypes de phares
Conduits d'air	SLS, MJF	Nylon	Conduits flexibles	Conduits CVC
Prototypes	SLA	Polymères	Haute définition, détails clairs	Prototypes finaux haute définition
Supports de montage fonctionnels	SLS, SLM, MJF	Nylon PA12, titane	Léger, haute résistance	Support d'alternateur
Pièces moteurs complexes	DMLS	Alliages d'aluminium	Pièces métalliques fonctionnelles consolidées, légères	Bras de suspension triangulaire

Exemples d'utilisation industrielle actuels

De nombreux constructeurs automobiles OEM ont déjà commencé à travailler avec l'AM, réalisant sa capacité et son efficacité, voici 2 tels exemples.

Les pneus Uptis imprimés en 3D par Michelin

Le fabricant français de pneus, Michelin, a présenté son premier prototype de pneu soutenu par les technologies de fabrication additive en 2019. Appelé Uptis (Unique Puncture-proof Tire System), ces pneus ont été conçus pour être sans air afin de réduire le risque de crevaisons et autres pertes d'air résultant de perforations ou de dangers routiers. Le design n'est possible que grâce à l'AM. S'il réussit, nous pourrions nous attendre à ce que Uptis équipe certaines voitures d'ici 2024. Enfin, ces pneus anti-crevaison peuvent également réduire les déchets pour promouvoir la mobilité durable (l'un des objectifs de la vision future de la mobilité de l'entreprise).

Porsche et les premiers pistons de moteur imprimés en 3D

Le géant automobile Porsche a imprimé en 3D des pistons de moteur pour la 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 critique du moteur 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 l'AM, les dirigeants des entreprises automobiles devraient envisager de tirer parti des technologies AM pour rester en avance sur la concurrence. Bien que les techniques de fabrication traditionnelles soient profondément ancrées et continueront de tenir une position forte dans l'industrie automobile, la fabrication additive fait des percées.

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