Vers une voiture imprimée en 3D : 12 façons dont l'impression 3D change l'industrie automobile

Aujourd’hui, un véhicule neuf sur trois sortant d’une chaîne de montage comporte au moins un composant fabriqué par Brose, l’un des cinq plus grands équipementiers automobiles familiaux au monde. Chaque année, une part croissante de ces composants est imprimée en 3D.

Pour l’assemblage des sièges de la BMW X7, Brose a dû faire preuve d’ingéniosité afin de contourner les problèmes de chaîne d’approvisionnement qui menaçaient le calendrier de production. Pour un clip utilisé à la base de l’armature du siège, Matthias Schulz, responsable du prototypage des sièges chez Brose, a décidé de tirer parti du potentiel de production en grande série et des matériaux durables de la technologie SLS.

L’équipe de Brose a imprimé 250 000 clips de siège en quelques semaines seulement sur ses deux imprimantes 3D SLS Fuse 1+ 30W, avec Nylon 12 GF Powder. En collaboration avec BMW, le constructeur, l’équipe de Brose a homologué les clips imprimés en 3D pour une utilisation durable comme pièces finales dans les assemblages de sièges. L’impression 3D SLS de ces clips a permis de maintenir le calendrier global de production comme prévu. Sans cette solution de production temporaire, le lancement du modèle X7 aurait pu être retardé de plusieurs mois, le temps de concevoir et d’usiner un nouveau moule d’injection, de le mettre en production, puis de l’expédier depuis l’étranger.

En Allemagne, plus d’un tiers des véhicules de police comportent une pièce fabriquée par fabrication additive, selon les estimations de Carsten Busam, responsable de la planification de projets chez MOSOLF Special Vehicles GmbH. MOSOLF fabrique chaque année 1 000 « véhicules spéciaux », notamment des voitures de police et des véhicules de secours. Grâce à l’intégration de plusieurs imprimantes 3D SLS Fuse 1+ 30W à son flux de travail, l’entreprise peut désormais imprimer en 3D des pièces automobiles finales et des accessoires qui améliorent les performances de ces véhicules. 

Les services de secours doivent pouvoir compter sur leurs véhicules et sur la qualité de leurs équipements. MOSOLF imprime en 3D des pattes de fixation automobiles, des supports, des gabarits, des porte-pièces et bien d’autres éléments en Nylon 12 Powder. La durabilité de cette poudre SLS robuste permet de l'utiliser pour des pièces finales capables de résister à l'usure due à l'utilisation par des secouristes. Outre la durabilité du matériau, l’impression 3D SLS a permis à Carsten Busam et à son équipe de gagner considérablement en rapidité.

Chez IBL Hydronic, fabricant allemand de solutions d’équipement pour les systèmes électroniques, hydrauliques et logiciels destinés aux véhicules industriels, l’impression 3D SLS permet de concevoir et de fabriquer rapidement, efficacement et à moindre coût des pièces finales en petites séries.

Récemment, IBL Hydronic a travaillé sur le développement d'un panneau de commande personnalisé pour une machine spécifique, pour le compte d'un fabricant de machines agricoles. Après seulement un mois de prototypage, d’assemblage et d’essais, IBL a présenté la solution complète au client.

Les boîtiers des composants du véhicule ont été imprimés sur une imprimante 3D SLS Fuse 1, puis assemblés et équipés d’un coussin d’accoudoir en cuir. Pour créer un design fonctionnel mais esthétique, l'équipe a ajouté une finition de surface au modèle 3D au cours du processus de conception. Les composants imprimés en 3D par SLS ont ensuite été poncés et teintés dans un bain coloré. Le résultat est un assemblage composé de pièces automobiles finales entièrement fabriquées par impression 3D SLS, avec une texture de surface semblable au cuir qui rehausse l’esthétique et parachève l’ensemble.

Pour le championnat de course 12 Pollici Italian Cup, le vainqueur Elia Marescutti a couru avec un collecteur d'admission imprimé en 3D sur les imprimantes 3D SLA de la série Form en Rigid 10K Resin.

Non seulement le collecteur imprimé en 3D a résisté au stress d'une course à hautes performances, mais il a en fait mieux fonctionné que le collecteur en aluminium usiné de manière traditionnelle. À l'aide d'une caméra thermique, le collecteur en Rigid 10K Resin a enregistré une température inférieure de 40 à 50 °C à celle du composant en aluminium traditionnel, et s'est refroidi beaucoup plus rapidement, ce qui a permis de manipuler plus facilement l'assemblage après la course.

Comme beaucoup d'entreprises performantes, BTI Gauges a commencé par répondre à une demande du marché. Brandon Talkmitt, fondateur et propriétaire, était à la recherche d'un moyen de personnaliser l'écran de télémétrie de sa voiture haute performance.

M. Talkmitt a cherché en vain une jauge regroupant plusieurs indicateurs de performance, afin de ne pas encombrer son pare-brise de multiples écrans et affichages susceptibles de le distraire. Il a commencé par prototyper les boîtiers externes des jauges sur une imprimante 3D à dépôt de fil fondu (FDM) et les a testés lui-même, en soumettant les boîtiers à des environnements de forte chaleur à l'intérieur de voitures et de fours, et en modifiant la conception pour l'adapter à plusieurs modèles de voitures. Après avoir évalué différentes méthodes de production de pièces finales, Talkmitt a opté pour l’impression 3D SLS en raison de sa durabilité et de sa résistance à la chaleur. 

Grâce à sa capacité à réaliser une conception personnalisée en quelques jours seulement, son produit a immédiatement suscité l’intérêt de clients conduisant des voitures de course japonaises des années 1990, des Lamborghini, des Dodge Viper et d’autres véhicules hautes performances. M. Talkmitt a appris à remplir ses chambres de fabrication avec une telle efficacité qu’il peut désormais travailler pratiquement sans déchets et réduire ses coûts globaux. 

En internalisant sa production grâce à une imprimante SLS de haute qualité comme la Fuse 1, il a pu maîtriser et sécuriser sa capacité de production, prenant ainsi une nette longueur d’avance sur ceux qui restent tributaires des procédés de fabrication traditionnels ou de fournisseurs externes. « Je le recommanderais à tout le monde. La Fuse 1 a changé la donne pour nous », déclare M. Talkmitt.

Chez Brose North America, où l'équipe de technologie additive gère un parc d'imprimantes SLA et SLS, l'équipement de soudage doit s'adapter en permanence aux différentes lignes de produits. Dans une usine, les machines à souder restent programmées pour une seule ligne de produits, mais au siège, deux machines robotisées se chargent du soudage des prototypes de sièges de toutes les différentes lignes.

Chaque fois que l'unité passe à une nouvelle ligne de produits, le service de soudage doit reprogrammer les paramètres. La programmation d'un dispositif de soudage robotisé à l'aide de rails métalliques implique des dépenses considérables et, très souvent, ces composants ne sont pas disponibles lorsque le poste de soudage est prêt à former le dispositif. L'impression 3D apporte une solution rapide et économique à ce problème, car la vitesse et la précision dimensionnelle sont précisément ce qui est requis pour ce type de pièce.

Dorman Products, fabricant centenaire de pièces automobiles de rechange, s’appuie sur l’impression 3D pour accélérer ses cycles de production et améliorer la qualité. Ils comptent sur leurs douze imprimantes 3D, réparties sur deux sites, pour les aider à suivre le rythme des fabricants d'équipement d'origine (OEM) qui lancent constamment de nouvelles marques et de nouveaux modèles.

Chaque produit ayant une fonction différente, chaque protocole d'essai et processus de validation est unique. Même si les processus de validation de deux pièces différentes prévoient des tests d'écoulement des fluides, ils nécessiteront des fixations différentes pour les maintenir en place en raison de leur géométrie différente. C’est là que l’impression 3D entre en jeu : Dorman peut concevoir des montages d’essai personnalisés pour chaque pièce et les imprimer le jour même. Les montages et les calibres pouvaient mettre cinq à dix semaines à être livrés par un atelier d’usinage.

L’équipe de technologie additive a collaboré avec l’équipe de New Boston pour concevoir un câble doté d’un connecteur magnétique. Il se fixe facilement à la ligne et à l’armature du siège, mais se détache sans provoquer de dommages si le technicien retire l’armature sans débrancher manuellement le câble. Les aides à la fabrication automobile imprimées en 3D réduisent l’usure des machines et les risques d’erreur de l’opérateur, ce qui permet de diminuer les coûts de remplacement et les temps d’arrêt.

Pankl Racing Systems est spécialisée dans le développement et la fabrication de composants de moteurs et de transmissions destinés aux voitures de course, aux véhicules hautes performances et aux applications aérospatiales, notamment aux voitures de Formule 1 et à Marine One, l’appareil du Corps des Marines des États-Unis qui transporte le président américain.

Pankl doit non seulement concevoir les pièces finales elles-mêmes, mais aussi développer une série de gabarits, de montages et d’éléments d’outillage personnalisés pour les fabriquer. Ces pièces sont produites en petites séries et répondent à des besoins très spécifiques. L’impression 3D s’est donc révélée être le moyen le plus rentable et le plus efficace de les fabriquer, tandis que l’introduction d’imprimantes 3D SLA et de nouveaux matériaux a considérablement réduit les coûts de développement globaux de Pankl.

Pour l’assemblage d’une boîte de vitesses, Pankl devait usiner des pièces en acier, puis leur faire subir plusieurs opérations supplémentaires de chauffage et de refroidissement, chacune nécessitant un gabarit personnalisé. La sous-traitance de ces gabarits à un atelier d’usinage aurait rallongé le délai de six semaines. Pankl les a donc imprimés en 3D sur des imprimantes 3D SLA de la série Form, avec une première version de Tough 1500 Resin.

Ford Motor Company est le sixième constructeur automobile mondial : elle produit plus de 4 millions de véhicules par an et emploie plus de 175 000 personnes dans le monde. Au cœur des opérations européennes de Ford se trouve Ford Cologne, fondée en 1930 et surtout connue pour l'assemblage de la Ford Fiesta.

Dans la course au développement d’un nouveau modèle électrique, la rapidité des itérations est essentielle. Les équipes de conception de Ford pouvaient imaginer et imprimer en 3D des composants automobiles chaque jour, puis tester concrètement leur intégration et leur rendu dans le véhicule.

Vital Auto — client de SolidPrint 3D, le revendeur britannique de Formlabs affichant la plus forte croissance — réalise des prototypes haute fidélité et des concept cars, en enchaînant rapidement les itérations grâce à divers outils de pointe, notamment un vaste parc d’imprimantes Form 3L et Fuse 1.

L’un des premiers contrats remportés par l’entreprise portait sur le concept de supercar NIO EP9, qui a immédiatement conduit l’équipe à produire un prototype automobile extrêmement réaliste et d’une très grande fidélité. Les clients de Vital Auto, parmi lesquels Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely et TATA, viennent lui soumettre des idées de concepts automobiles entièrement inédits.

Pour concevoir, tester et fabriquer quelque chose de totalement nouveau, Vital Auto s’appuie sur des imprimantes 3D capables de produire des pièces dans une grande variété de matériaux, avec le plus haut niveau de qualité possible. Ses 14 imprimantes 3D, dont plusieurs Form 4L, Form 4 et Fuse 1+ 30W, fonctionnent 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 afin de suivre le rythme soutenu des itérations. Des bouches d’aération aux joints de porte, en passant par les étriers de frein et les poignées de porte, les imprimantes 3D font partie intégrante du flux de travail.

Forge Motorsport, fabricant britannique de pièces de performance pour le marché de l’après-vente automobile, utilise les imprimantes 3D Formlabs pour prototyper et soumettre à des essais fonctionnels des pièces automobiles finales destinées à des modèles de constructeurs comme la Toyota Yaris GR. 

Lors du lancement du modèle, Forge a identifié une possibilité d’améliorer les performances du véhicule en augmentant la taille du conduit d’admission et en déplaçant l’ouverture de la boîte à air. Ces modifications devaient réduire les fluctuations de la température de l’air d’admission, permettre au conducteur de mieux anticiper les performances du moteur et abaisser la température globale. Après avoir procédé à la rétro-ingénierie de la pièce Toyota et de l’assemblage environnant, l’équipe a pu simuler le flux d’air dans SolidWorks, puis concevoir un nouveau modèle. Elle a rapidement imprimé en 3D le conduit d’admission du véhicule avec Draft Resin afin d’en vérifier l’ajustement, avant de passer à Tough 1500 Resin pour les essais fonctionnels en conditions réelles.

Le client a utilisé la pièce imprimée en 3D sur sa Yaris GR pendant cinq mois, au cours desquels il a recueilli des données sur ses performances dans différentes conditions. Comme prévu, la pièce repensée s’est révélée plus performante : tandis que la pièce d’origine affichait des températures comprises entre 42 et 45 °C, les températures de l’air d’admission mesurées avec la pièce imprimée en 3D se situaient entre 35 et 36 °C. Pour en savoir plus sur la rétro-ingénierie et l’impression 3D de pièces automobiles, regardez notre webinaire avec Forge Motorsport.