Toyota Industries à la tête de l'innovation en matière d'impression 3D :du prototypage à la production de masse

Au centre administratif R&D de Toyota Industries Corp. au Japon, les ingénieurs choisissent délibérément la méthode de fabrication la plus adaptée à chaque application, plutôt que d’adopter de nouvelles machines simplement parce qu’elles existent. Cette pratique reflète la culture de saine concurrence interne de l'entreprise et la conviction que le personnel de première ligne doit choisir l'équipement qu'il utilise.

Toyota Industries a débuté en tant que fabricant de métiers à tisser, mais aujourd'hui, l'entreprise gère divers projets de R&D et produit des composants essentiels tels que des compresseurs, des moteurs, des convertisseurs DC-DC, des batteries embarquées et des onduleurs de charge pour sa gamme automobile.

Nous avons discuté avec Hiroyuki Oiwa, responsable du groupe, qui dirige la stratégie de fabrication additive (FA) depuis 2019, de la façon dont l'entreprise a fait évoluer son approche de l'impression 3D.

Oiwa explique que le groupe Toyota n'est pas une entité monolithique; chaque filiale fonctionne de manière indépendante et, lorsque des pièces qui se chevauchent sont nécessaires, la concurrence interne détermine la conception finale adoptée pour les véhicules Toyota.

Dans le secteur automobile, Toyota Industries fabrique des moteurs, des compresseurs pour la climatisation, des convertisseurs DC-DC, des batteries embarquées et des onduleurs de charge qui convertissent la tension du véhicule en 100 V, permettant ainsi aux prises domestiques d'être utilisées de manière mobile. L'entreprise fournit également des véhicules industriels tels que des chariots élévateurs et des machines textiles.

Produits traités par Toyota Industries dans le secteur automobile (Photo fournie par Toyota Industries Corp.)

Produits traités par Toyota Industries dans le secteur des machines industrielles (Photo fournie par Toyota Industries Corp.)

Lorsqu’Oiwa a rejoint le centre d’administration R&D en 2019, la seule technologie d’impression 3D utilisée était une imprimante à jet d’encre pour les prototypes couleur à grande échelle. Même si la qualité de sortie était élevée, le jet d'encre n'était pas adapté aux pièces d'utilisation finale, ce qui a conduit à une transition vers des solutions de fabrication additive plus polyvalentes.

Oiwa et le responsable de la fabrication ont interrogé les chefs de département qui utilisaient de manière indépendante des imprimantes de modélisation par dépôt fondu (FDM), formant ainsi le « Groupe de liaison avec les imprimantes 3D » pour coordonner l'adoption à l'échelle de l'entreprise au-delà du prototypage.

Des recherches mondiales sur les imprimantes 3D de production de masse ont identifié la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif laser (SLS) comme les technologies les plus prometteuses.

Toyota a acheté une Formlabs Form3 et une deuxième imprimante SLA, permettant aux équipes de tester les deux et de sélectionner la meilleure solution.

Différents départements ont choisi des imprimantes et du matériel pour des tâches spécifiques, partageant les enseignements tirés. La préférence collective s'est installée sur le Form3.

Oiwa attribue ce choix à la polyvalence des matériaux :alors que la résine industrielle de l'autre imprimante a été abandonnée peu de temps après son lancement, la Form3 prenait en charge une large gamme de résines, répondant à divers besoins d'application.

Lorsque la Form4, une imprimante SLA de nouvelle génération dotée d'une vitesse record, est entrée sur le marché, Toyota l'a adoptée en partenariat avec Harada Vehicle Design, répondant ainsi aux demandes de première ligne.

La même philosophie a guidé l’adoption des imprimantes Fuse Series SLS. Bien qu'initialement hésitant en raison de problèmes de résidus de poudre et de finition de surface, Oiwa a été convaincu après une présentation de Shinya Takei de Owl Craft, qui a démontré le succès des pièces d'utilisation finale et de la solution de post-traitement automatisé Fuse Blast.

Une fois la série Fuse entrée en production, les demandes se sont multipliées dans tous les départements, y compris les équipes environnementales, de relations publiques et de conception.

Un cas mis en évidence est celui d’un composant d’évaluation de moteur avec une géométrie complexe d’enroulement de bobine. SLA pouvait fabriquer la forme, mais SLS fournissait la résistance mécanique requise et éliminait les structures de support, permettant une plus grande précision.

L'absence de matériel de support et la finesse des détails obtenus avec SLS ont valu des commandes répétées et des éloges de la part des utilisateurs.

Pour célébrer le centenaire de Toyota, un luminaire léger et résistant à la chaleur inspiré d'une navette automatique de métier à tisser a été imprimé pour le nouveau hall du siège social à l'aide de poudre de nylon PA12.

La précision et les détails fournis par la série Fuse, combinés à la popularité du PA12, ont également produit un jeu de leviers pour chariot élévateur de première génération qui a impressionné les ingénieurs par sa délicatesse.

Composition actuelle des demandes :environ 30 % de gabarits et 60 % de prototypes, dont 40 % servent à l'évaluation fonctionnelle et 20 % au test d'ajustement et de forme.

L'ambition ultime d'Oiwa est d'adapter la fabrication additive aux volumes de production de masse.

La salle d'impression 3D dispose d'un haut plafond, de purificateurs d'air et d'équipements dédiés à l'élimination de la poudre, tels que le Fuse Sift, pour garantir un flux de travail sûr et efficace.

Les plans à moyen terme incluent l'acquisition de machines de fusion sur lit de poudre grand format comme la Jet Fusion, mais la stratégie consiste à maîtriser d'abord les unités plus petites de la série Fuse avant de les mettre à l'échelle.

Même si la fabrication additive a considérablement progressé, Oiwa reconnaît que la production de masse reste le dernier obstacle avant une adoption généralisée sur les sites de fabrication japonais. Néanmoins, il s'engage à progresser chaque année.

Oiwa est également instructeur pour l'équipe japonaise de fabrication additive au Concours mondial des métiers 2026 à Shanghai, soulignant ainsi son leadership dans le domaine.

La culture de concurrence interne de Toyota et le principe consistant à donner au personnel de première ligne l'autonomie pour choisir l'équipement ont accéléré le déploiement de la fabrication additive de l'entreprise, comme en témoigne le déploiement réussi des imprimantes Formlabs au centre d'administration R&D.

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