27/03/23
La technologie de l’impression 3D est couramment utilisée dans l’industrie automobile, la quasi-totalité des grands constructeurs ayant déjà mis en place des systèmes de fabrication additive dans leurs usines et leurs centres de conception. Voici un bref aperçu des matériaux d’impression 3D les plus répandus aux stades du prototypage et de la fabrication dans le cycle d’un produit automobile.
Z-ABS est un filament d’impression 3D compatible avec la quasi-totalité des imprimantes 3D Zortrax basées sur l’extrusion, telles que M200 Plus, M300 Plus ou M300 Dual. Le matériau est basé sur l’acrylonitrile butadiène styrène standard qui est l’un des plastiques les plus utilisés aujourd’hui.
Comme ce matériau est très répandu et qu’il peut être traité par presque toutes les imprimantes 3D, il constitue l’une des options les plus rentables pour la fabrication de pièces imprimées en 3D. C’est pourquoi de nombreux constructeurs automobiles, comme Toyota, impriment leurs premiers prototypes en Z-ABS. De cette manière, il est possible de réaliser plusieurs itérations d’une conception tout en respectant le budget. De plus, dans certains cas, les propriétés thermiques et mécaniques du Z-ABS sont suffisantes pour les pièces finales. Un exemple provenant de l’usine Toyota en Pologne est un couvercle de levier de soupape utilisé pour maintenir les leviers de soupape en place lorsque le moteur est déplacé d’une ligne d’assemblage à l’autre. Selon les ingénieurs de Toyota, la durée de vie de ce gabarit fabriqué avec du Z-ABS sur l’imprimante 3D Zortrax M300 Plus peut atteindre 6 mois.
BASF Ultrafuse® PP GF30 est un polypropylène renforcé de 30 % de fibres de verre. C’est l’un des polymères les plus utilisés dans les voitures – presque tous les composants sous le capot de presque tous les véhicules sont fabriqués avec lui. Pour permettre l’impression 3D avec le PP GF30, Zortrax s’est associé à BASF, l’une des plus grandes entreprises chimiques au monde, pour calibrer son filament BASF Ultrafuse® PP GF30 sur l’imprimante 3D Zortrax M300 Dual.
Les pièces imprimées en 3D sur l’imprimante Zortrax M300 Dual avec le filament BASF Ultrafuse® PP GF30 peuvent fonctionner dans la même plage de températures que les composants moulés en PP GF30 installés en série dans la plupart des voitures. Le matériau conserve ses propriétés dans un froid glacial dépassant -20 ºC et dans une chaleur atteignant 120 ºC. C’est pourquoi une pièce automobile imprimée en 3D avec BASF Ultrafuse® PP GF30 peut rester en toute sécurité dans un véhicule laissé à l’extérieur en hiver sans devenir excessivement cassant et résister à des températures élevées sous le capot lorsque le moteur tourne.
Ces propriétés permettent d’utiliser les pièces imprimées en 3D avec BASF Ultrafuse® PP GF30 dans de multiples scénarios. Au stade du prototypage, ces pièces peuvent être utilisées dans des voitures de démonstration et même dans des véhicules de présérie de courte durée utilisés pour des essais environnementaux et de longue durée. Au stade de la fabrication, BASF Ultrafuse® PP GF30 peut être utilisé pour imprimer en 3D des gabarits de production qui doivent conserver leur grande rigidité dans une large gamme de températures. Les petits ateliers peuvent également utiliser ce matériau pour imprimer en 3D des composants de rechange sous le capot qui ne sont plus en production ou qui ne sont pas disponibles pour d’autres raisons.
Les résines élastomères sont principalement utilisées au stade de la fabrication dans l’industrie automobile. Les composants en caoutchouc servent à remplacer les pinces des bras robotiques et les pare-chocs, empêchant ainsi les machines d’endommager les surfaces des pièces fabriquées. L’impression 3D de pièces telles que des pinces robotiques avec une résine élastomère est une méthode de fabrication efficace et rapide.
Le matériau présente une résilience au rebond mesurée à 21 % et une faible dureté Shore de 75 A. Le principal avantage de BASF Ultracur3D® EL 60 est qu’il présente une très faible déformation par compression dans le temps, ce qui signifie que les pinces et les pare-chocs imprimés en 3D conservent leur géométrie plus longtemps.
BASF Ultracur3D® EL 60 est calibré sur l’imprimante 3D à résine UV LCD Zortrax Inkspire 2 et la qualité des pièces imprimées en 3D avec cette résine a été validée au cours d’un processus rigoureux en deux étapes par les ingénieurs de Zortrax et de BASF. Cette combinaison permet de fabriquer des pièces flexibles, semblables à du caoutchouc, avec la précision et la vitesse incroyables offertes par l’Inkspire 2.
VICTREX AM™ 200 est l’un des polymères haute performance les plus innovants du marché. Il appartient à la même famille de polyaryléthercétones (PAEK) que le Z-PEEK, un matériau incroyablement résilient utilisé par l’industrie spatiale, et a été conçu dès le départ pour l’impression 3D par extrusion. Avec une température d’utilisation continue (CUT) proche de 260 ºC, une excellente résistance aux produits chimiques et une résistance à la traction supérieure à 70 MPa, l’AM™ 200 peut être utilisé dans de multiples environnements difficiles. Son principal avantage par rapport à d’autres polymères hautes performances est une très bonne adhérence entre les couches, qui réduit considérablement l’anisotropie des pièces imprimées en 3D. La résistance à la traction mesurée dans l’axe Z, qui est toujours le plus faible dans les pièces fabriquées sur des imprimantes 3D basées sur l’extrusion, atteint 60 % de la résistance à la traction mesurée dans l’axe XY le plus résistant dans les pièces imprimées en 3D avec VICTREX AM™ 200.
L’AM™ 200 est calibré pour fonctionner avec la Zortrax Endureal, la plus grande imprimante 3D industrielle fabriquée par Zortrax. Bien que la capacité d’imprimer en 3D avec l’AM™ 200 représente un investissement plus important que l’utilisation de machines et de matériaux de classe bureau, elle est certainement rentabilisée si le cas d’utilisation exige un niveau de performance plus élevé. De plus, l’imprimante 3D Zortrax Endureal peut également imprimer en 3D des composants métalliques, ce qui est abordé plus en détail ci-dessous.
L’impression 3D de métaux dans l’industrie automobile peut avoir de multiples objectifs. La plus extrême est l’impression 3D de pièces à usage final pour les véhicules haut de gamme de production, comme Bugatti, qui a testé avec succès un étrier de frein topologiquement optimisé imprimé en une seule pièce à partir de titane. Les applications les plus courantes de l’impression 3D de métaux concernent toutefois les pièces de prototypes de voitures de démonstration et les gabarits de production à usage final. Après une étape de post-traitement complexe, les pièces imprimées en 3D avec BASF Ultrafuse® 316L se transforment en acier inoxydable 316L solide et standard. Cet acier peut être poli, soudé et traité comme un métal standard. L’acier 316L étant souvent utilisé pour fabriquer des éléments décoratifs dans l’habitacle des voitures, ce matériau peut être utilisé pour fabriquer des composants d’habitacle pour des prototypes de véhicules en phase de démarrage. Il est également suffisamment résistant pour les composants mécaniques.
Au stade de la fabrication, le matériau peut être utilisé pour imprimer en 3D des outils ou des gabarits personnalisés utilisés sur la chaîne de montage. La technologie d’impression 3D s’avère plus rentable que l’utilisation de machines CNC à 5 axes, en particulier dans le cas de pièces complexes de petite taille. L’approche de Zortrax en matière d’impression 3D de métaux repose sur l’utilisation du Zortrax Endureal pour imprimer un filament composé de 20 % de charge polymère et de 80 % de poudre métallique. Ces pièces, une fois imprimées en 3D, sont ensuite envoyées à des prestataires de services spécialisés qui les soumettent à deux étapes de post-traitement élaborées. La première étape, appelée déliantage, utilise des températures élevées et des produits chimiques pour éliminer la charge de polymère de la pièce imprimée en 3D. La seconde étape, appelée frittage, a pour but de fusionner la poudre métallique restante en acier solide. Bien que ce processus nécessite un délai d’exécution légèrement plus long que dans le cas des polymères, qui peuvent être traités en interne, il reste dans la plupart des cas plus rapide et plus rentable que de confier la fabrication des pièces à des fournisseurs externes utilisant des machines CNC à 5 axes.
La gamme Zortrax comporte bien d’autres matériaux pouvant être utilisés dans les applications automobiles, qu’il n’est pas possible d’aborder ici. N’hésitez pas à contacter notre représentant commercial pour discuter de vos besoins et nous vous proposerons les solutions d’impression 3D les plus réalisables, adaptées spécifiquement à votre cas d’entreprise.
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