10/03/23
Au fil des années, les possibilités offertes par les technologies de fabrication additive ont eu une influence significative sur l’industrie automobile. Pour les constructeurs automobiles mondiaux comme pour les petits ateliers de service, la mise en œuvre d’imprimantes 3D a permis de réduire les coûts, de raccourcir les délais de livraison ou de fabriquer des pièces automobiles indisponibles. En outre, l’impression 3D dans l’industrie automobile a largement amélioré le flux de travail dans des domaines tels que la conception personnalisée, le prototypage ou la production d’outils nécessaires aux chaînes de montage. Voici un aperçu de sept applications d’impression 3D dans l’automobile qui illustrent l’impact des technologies d’AM sur ce secteur.
L’une des plus grandes usines automobiles d’Europe, qui s’occupe de l’assemblage des moteurs des voitures Toyota, utilise depuis de nombreuses années des outils personnalisés imprimés en 3D sur ses lignes de production. Les multiples gabarits et fixations imprimés en 3D permettent d’optimiser le flux de travail dans les processus de grande envergure qui ont un rendement de production important. Les moteurs étant assemblés à partir de pièces livrées par d’autres usines Toyota, les ingénieurs chargés de la supervision conçoivent et impriment en 3D des gabarits, des outils et des couvercles qui permettent d’accélérer le travail et d’obtenir des résultats reproductibles. Parmi les éléments imprimés en 3D pour l’usine automobile figurent des gabarits de positionnement, utilisés pour confirmer que les différents composants d’une pièce assemblée sont dans la bonne position l’un par rapport à l’autre. Il existe également des joints imprimés en 3D qui servent à protéger les pièces de moteur lorsqu’elles sont déplacées entre les postes de travail de l’usine.
L’usine automobile Toyota en Pologne.
Travailleur sur la chaîne de montage de l’usine automobile Toyota.
Comme l’explique Łukasz Kondek, ingénieur en impression 3D à l’usine Toyota : « Les gabarits qui sont imprimés en 3D dans l’industrie automobile aujourd’hui étaient auparavant fabriqués par une division d’outillage distincte équipée de machines à commande numérique. Actuellement, plus de 95 % des gabarits sont fabriqués à l’aide de la technologie LPD sur une imprimante 3D Zortrax M300 Plus. » L’outillage et les autres pièces de rechange peuvent être imprimés en 3D à la demande, avec des conceptions qui peuvent être optimisées pour une tâche donnée. Les imprimantes 3D du secteur automobile peuvent fabriquer presque toutes les géométries possibles.
Un gabarit imprimé en 3D pour appliquer de la graisse sur des pièces automobiles fabriquées par Toyota
Prototype de couvercle de levier de soupape imprimé en 3D dans une usine automobile sur Zortrax M300 Plus
Une partie du couvercle du moteur imprimée en 3D dans une usine automobile sur Zortrax M300 Plus
Un autre exemple qui montre comment l’impression 3D peut être utilisée dans une usine automobile est celui de RM Motors, un fabricant polonais de systèmes d’échappement pour voitures. En installant une imprimante 3D industrielle dans son hall de production, l’entreprise a pu personnaliser d’autres machines spécialisées à l’aide de modèles imprimés en 3D. La presse à rouleaux, utilisée quotidiennement par les ingénieurs de RM Motors pour l’emboutissage de l’isolation thermique, doit être réglée pour produire des formes spécifiques de l’isolation à l’aide d’une matrice et d’un tampon. C’est pourquoi, au lieu de faire usiner ces composants par CNC, ce qui est coûteux et prend du temps, les ingénieurs les ont simplement modélisés et imprimés en 3D. Le fait de disposer de deux imprimantes 3D industrielles Zortrax Endureal dans leur atelier permet à l’équipe d’obtenir toutes les formes nécessaires à la fabrication de leurs produits. Dans ce cas, l’impression 3D dans le secteur automobile se traduit par des projets utilitaires qui peuvent faciliter considérablement le flux de travail de l’ensemble de la production. Les imprimantes 3D peuvent remplacer efficacement les machines à commande numérique dans les domaines où les géométries nécessaires à la production doivent être livrées rapidement et avec souplesse.
À un stade antérieur de la production d’un véhicule, à savoir la conception, l’impression 3D est tout aussi utile. Vins Motors, une société italienne fondée par d’anciens ingénieurs de Ferrari, a conçu une moto performante, appelée Duecinquanta, dotée d’un moteur révolutionnaire à deux temps et d’une approche innovante de l’aérodynamisme du véhicule. Avec une vision aussi claire de produire une moto ultra-légère avec un châssis en fibre de carbone, dans lequel chaque pièce devait remplir au moins deux fonctions, la phase de prototypage a nécessité une approche méticuleuse. Toutes les pièces du châssis et du moteur ont été conçues dans un logiciel de CAO et imprimées en 3D sur la Zortrax M300 à partir de filaments tels que l’ABS et le HIPS. Vincenzo Mattia, qui est à l’origine de l’idée de la moto, admet qu’« une imprimante 3D pour l’automobile offre un processus entièrement automatisé qui est devenu un moyen naturel de communiquer des idées de conception ». L’entreprise de Mattia a imprimé en 3D suffisamment de pièces pour construire un modèle complet de la moto, qu’elle a utilisé comme prototype de préproduction lors du salon de la moto.
Une moto Duecinquanta produite grâce à des prototypes imprimés en 3D
Moto Duecinquanta avec un élément imprimé en 3D qui soutient l’amortisseur arrière et améliore l’aérodynamisme
Pièce imprimée en 3D pour le moteur de la moto
Prototypes de roues dentées imprimées en 3D pour le moteur d’une moto
Un autre exemple de la manière dont les technologies de fabrication additive ont permis la production d’un véhicule à deux roues nous vient de Pologne. Falectra est la première marque polonaise de motos électriques fondée par Piotr Krzyczkowski, qui a décidé de se lancer dans le secteur de l’e-mobilité avec son idée de solution de transport urbain écologique et économique. Cependant, pour que sa jeune entreprise obtienne des fonds de la part d’investisseurs, il avait besoin de quelque chose de plus qu’un projet virtuel. Pour respecter son budget serré, il a décidé d’utiliser l’impression 3D comme l’une des méthodes de fabrication du prototype. Une dizaine de pièces du véhicule ont été fabriquées à l’aide de Zortrax M200 Plus et M300 Plus : la porte avant, l’aile arrière, les couvercles latéraux, l’entrée d’air pour charger la batterie et une pièce de montage du feu avant. En six mois, M. Krzyczkowski a créé un prototype entièrement fonctionnel, composé essentiellement de pièces imprimées en 3D, et a évalué le potentiel de production en série du vélo, ce qui est un facteur clé lors du développement d’un produit : « L’ensemble du processus a coûté presque sept fois moins cher et nous avons pu montrer au monde une moto en état de marche », explique M. Krzyczkowski.
Boîtier de feu avant de moto imprimé en 3D par Kryczkowski de Falectra
La restauration automobile est un autre modèle d’entreprise dans le secteur automobile où les imprimantes 3D sont un outil important. La fabrication des pièces endommagées ou manquantes d’une voiture de collection implique généralement de travailler à partir d’anciens documents de conception, de photographies ou de tout composant restant dans un véhicule donné. Dans la plupart des cas, les technologies de fabrication additive permettent d’obtenir des éléments qui ne sont plus produits depuis des décennies. L’une des entreprises travaillant dans ce domaine est ABcar Oldtimers de Pologne. Elle a utilisé l’imprimante 3D Zortrax Inkspire pour fabriquer des éléments du volant d’une Ferrari 599 ou des éléments du tableau de bord d’une Mercedes Benz d’époque. Les imprimantes 3D M300 Plus et M200 ont également aidé l’équipe à restaurer une Porsche 911 classique. « L’impression 3D dans l’automobile est incroyablement utile. Elle accélère le travail et limite les coûts liés au prototypage de pièces individuelles. De plus, les éléments imprimés en 3D pour les voitures fonctionnent très bien et ne changent pas de propriétés avec le temps », souligne Bartłomiej Błaszczak, directeur de la conception et de l’ingénierie chez ABcar Oldtimers.
Alfa Project est une autre entreprise qui a adopté une approche similaire de l’impression 3D dans l’automobile. Grâce à la rétro-ingénierie, elle reproduit des pièces endommagées ou indisponibles sur des voitures Alfa Romeo classiques. Ils modélisent et reproduisent en 3D des spoilers, des pare-chocs, des pommeaux de levier de vitesse, des couvercles de mécanisme de boîte de vitesses, des supports de rétroviseurs et de nombreux éléments du tableau de bord, tels que des cadres d’horloge, des bouches d’aération, des panneaux de commande de climatisation ou des plaques d’obturation. Ces éléments en plastique étant susceptibles d’être endommagés par une utilisation régulière, l’équipe améliore la conception de chaque pièce à l’aide d’un logiciel de CAO. Grâce à des caractéristiques telles que des nervures de renforcement, Alfa Project poursuit le travail sur son Zortrax M300 Plus pour imprimer en 3D des éléments en ABS de haute qualité. « Dans les éléments en plastique imprimés, l’ABS offre une résistance satisfaisante à la température, tout en étant suffisamment résistant à la flexion. Il peut être utilisé dans les modèles 3D avec des fixations ou des éléments d’ancrage », explique Mateusz Dziwisz de l’équipe.
Cadres d’horloge imprimés en 3D pour une Alfa Romeo
De l’autre côté du spectre, il y a les amateurs et les vrais passionnés de voitures qui veulent personnaliser et améliorer leurs véhicules de manière rentable. L’impression 3D est l’une des technologies qui s’adaptent parfaitement aux projets de tuning automobile. Indrė Zabielaitė de l’équipe 3D Creative a modernisé sa MINI Cooper avec un pare-chocs d’occasion provenant d’une édition plus récente de la MINI. Cependant, les prises d’air du pare-chocs qu’elle avait commandé étaient endommagées et ne pouvaient pas être installées sur sa voiture. Grâce à un scanner 3D et à une imprimante 3D Zortrax M300 Plus, Indrė a donc produit de nouvelles prises d’air qui, après quelques retouches, étaient parfaitement fonctionnelles et s’adaptaient parfaitement à l’ensemble du pare-chocs. Les éléments qu’elle a imprimés en 3D pour une voiture sont suffisamment durables pour être utilisés dans des conditions changeantes : « Je conduis cette voiture tous les jours, même en hiver, et les impressions 3D sont toujours aussi belles. Je suis vraiment satisfaite de la qualité », résume Indrė. L’impression 3D a permis à Indrė de réaliser sa vision d’une amélioration de la voiture tout en maintenant des coûts faibles pour le travail.
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