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Comment l'impression 3D aide à créer les voitures de demain

Situé au cœur de l'industrie automobile britannique, Vital Auto est un studio de conception industrielle doté d'une grande expertise en matière de conception automobile. L’impressionnante clientèle de l'entreprise compte certains des plus grands constructeurs automobiles, tels que Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA, etc. 

« Les clients viennent généralement nous voir pour essayer de repousser les limites de ce qu'il est possible de faire avec la technologie disponible », a déclaré Shay Moradi, vice-président de l'innovation et de la technologie expérimentale chez Vital. Quand les fabricants n'ont pas le temps d'expérimenter eux-mêmes, ils font appel à Vital Auto pour transformer des idées, des croquis initiaux, des dessins ou des spécifications techniques en un produit physique bien élaboré. 

Lisez la suite pour savoir comment Vital Auto crée et itère rapidement des prototypes et des voitures-concepts haute fidélité grâce à toute une série d'outils avancés tels que son parc d'imprimantes Form 3L et Fuse 1.

La création d'une voiture-concept

Vital Auto a été fondé en 2015, lorsque trois amis ont décidé de se réunir, de quitter leur emploi et d'ouvrir un magasin dans un garage (bien entendu). L'un des premiers contrats que la société a décroché concernait le concept de super voiture NIO EP9, qui a tout de suite poussé l'équipe à s'intéresser à la production de prototypes de véhicules extrêmement réalistes et haute fidélité.

En fonction de la demande du client, l'équipe peut de baser sur un simple croquis dessiné sur une feuille de papier ou sur un véhicule déjà conçu. Ils développent les voitures de bout en bout, conçoivent les châssis, les éléments extérieurs et intérieurs, les charnières et les éléments interactifs. Avec cinq à trente employés travaillant sur un seul concept, un projet peut souvent prendre de trois à douze mois.

Au cours de cette période, une voiture d'exposition peut subir jusqu'à une douzaine d'itérations conceptuelles de base, pouvant elles-mêmes comprendre des itérations de composants plus petits, jusqu'à ce que la conception réponde aux attentes du client.

« Il est tout à fait normal dans notre secteur de prendre en compte les propriétés virtuelles d'un produit pour l'évaluer avant sa mise sur le marché. Mais je pense qu'il y aura toujours une place pour les objets physiques manufacturés. Il n'y a rien de mieux que de tenir dans ses mains un objet dont le poids et les proportions sont corrects, et de pouvoir le contempler sous différents angles », a déclaré M. Moradi.

« La plupart de nos clients viennent nous voir avec nouvelle idée ; quelque chose d'innovant qui n'a jamais été fait auparavant. De nouveaux défis s'offrent donc chaque jour à nous, et ils se renouvellent sans cesse », a déclaré Anthony Barnicott, ingénieur de conception en charge de la fabrication additive. « Ces défis sont divers et variés : on peut chercher à savoir comment produire un certain nombre de pièces en un temps donné, comment fabriquer un produit durable, ou encore comment fabriquer une pièce qui peut atteindre un poids particulier tout en donnant une performance particulière. »

Les voitures d'exposition traditionnelles sont généralement fabriquées en usinant de l'argile, et l'équipe utilise également des fraises CNC à trois et cinq axes, le formage à la main, le modelage manuel de l'argile et des composites en plastique renforcé de verre. Toutefois, ces procédés traditionnels ne sont souvent pas idéaux pour produire les pièces personnalisées requises pour des concepts uniques. 

« Nous utilisons l'impression 3D depuis le premier jour. Nous voulions l’intégrer dans nos processus de fabrication, non seulement pour réduire les coûts, mais aussi pour donner aux clients plus de diversité dans leurs conceptions et leurs idées », a déclaré M. Barnicott.

Aujourd'hui, M. Barnicott dirige un département d'impression 3D qui comprend dix imprimantes FDM grand format, trois imprimantes SLA grand format Form 3L et cinq imprimantes SLS Fuse 1.

« En termes de capacité, toutes ces imprimantes fonctionnent à 100 %, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, pratiquement depuis le premier jour. Nous utilisons ces imprimantes pour toutes sortes de concepts et de conceptions. En général, nous utilisons les Fuse 1 pour nos pièces de production et les Form 3L pour nos pièces conceptuelles », explique M. Barnicott.

Des conceptions complexes obtenues grâce aux différents matériaux de la Form 3L

« Nous utilisons les machines Form 3L pour toutes les surfaces de classe A. Il s'agit généralement d'environnements automobiles ou intérieurs, où certaines parties ne sont pas recouvertes de cuir, d'alcantara ou d'un autre type de tissu. Les matériaux Formlabs ont une belle finition lisse, et ils peuvent être peints facilement. Nous pouvons utiliser ces pièces dès leur sortie de l'imprimante, et les placer directement sur un véhicule », a déclaré M. Barnicott.

« La chose qui m'intéresse le plus dans la Form 3L, c'est sa polyvalence : nous pouvons choisir parmi sa vaste gamme de matériaux et changer de résine en moins de cinq minutes. Nous pouvons passer d'un matériau doux et flexible à un autre dur et rigide, ce qui pour nous est un avantage inestimable. », a déclaré M. Barnicott.

L'équipe utilise la Form 3L avec plusieurs matériaux pour un large éventail d'applications, par exemple :

Bouches d'aération

« C'est un défi que nous devons souvent relever : les clients se tournent vers nous pour intégrer un produit propriétaire dans leur propre conception. Un jour, un client nous a montré une bouche d'aération propriétaire provenant d'un autre véhicule qu'il souhaitait retrouver dans son propre intérieur. Nous avons utilisé la technologie de numérisation 3D pour obtenir une copie virtuelle de la pièce, puis nous l'avons revêtue d'une paroi externe. Nous l'avons d'abord imprimée avec Draft Resin pour tester la conception et permettre au client de l'examiner. Nous sommes ensuite passés à White Resin pour produire une pièce prête à être produite. »

Boîtiers de commutation

« Quand nous travaillons sur des conceptions très complexes telles que des petits boîtiers de commutation, nous sommes en mesure d'utiliser plusieurs matériaux pour obtenir un produit mécanique qui non seulement fonctionne correctement, mais qui peut aussi être utilisé dans un environnement réel. [Pour ces boîtiers de commutation], nous avons combiné des matériaux plus durs, comme Tough 2000 pour la surface supérieure, avec des matériaux plus légers et plus rentables pour les composants internes. »

Joints de portière

« En général, les joints de portière sont incroyablement coûteux à produire. Le seul moyen est de recourir au moulage par filage. Cela entraîne non seulement un coût d'outillage très élevé, mais aussi de longs délais d'exécution. Nous avons pu expérimenter l'un des matériaux Formlabs les plus récents : Flexible 80A Resin. La Form 3L nous a permis de produire en une nuit à peine des sections de ce joint de portière pour tester différentes géométries. Il a finalement été imprimé avec une différence d'à peine 50 microns par rapport à la conception de départ ».

Le fait de disposer de la Form 3L permet à l'équipe de produire plusieurs itérations de pièces, généralement en moins de 24 heures. Au final, ils se sont décidés à acheter trois machines pour pouvoir produire jusqu'à trois itérations de pièce en même temps, avec trois matériaux différents. Les économies réalisées leur permettent ainsi de présenter au client plusieurs options de conception pour le même prix.

 « L'un des avantages de la fabrication additive est la compression des délais. Alors, que faire de ce temps libéré ? Nous voyons cela comme une extension du champ des possibles qui nous permet d'imaginer des solutions alternatives, et d'ajouter plus d'itération au processus », a déclaré M. Moradi.

« Beaucoup de nos produits ne pourraient tout simplement pas être fabriqués sans nos Form 3L. Avec certaines techniques de fabrication avancées comme l'usinage CNC à sept axes, nous serions en mesure de produire ces pièces, mais à un coût très élevé », a déclaré M. Barnicott.

Form 3L webinar
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Démonstration de l'écosystème Form 3L

Vous souhaitez en savoir plus sur l'écosystème Form 3L et Form 3BL, ainsi que sur les nouvelles solutions de post-traitement grand format ? Dans cette démonstration, Kyle et Chris vous expliqueront en détails le flux de travail complet de la Form 3L, y compris le post-traitement.

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Compléter l'usinage CNC de pièces mécaniques avec la Fuse 1

« La Fuse 1 a été notre première expérience avec la technologie SLS. Étant donné que nous sommes une petite entreprise, c'est une technologie à laquelle nous n'aurions jamais imaginé avoir accès sur notre site. Nous disposons de cinq Fuse 1. Ces machines nous ont permis de produire des pièces mécaniques structurelles pour tester non seulement des applications physiques en un temps record, mais aussi la plupart de nos concepts. Auparavant, nous les sous-traitions ou les usinions en interne selon leur géométrie, et nous devions généralement attendre de deux à quatre jours pour avoir les pièces entre les mains. La Fuse 1 nous permet de produire tout cela sur place et d'avoir les pièces en main en moins de 24 heures », a déclaré Barnicott.

L'équipe utilise principalement les Fuse 1 pour des pièces mécaniques telles que des charnières, des poignées ou des composants internes de portières, ainsi que pour des applications structurelles. Les pièces sont prêtes à être utilisées dès leur sortie de l'imprimante, et ne requièrent qu'un minimum de finition. Parmi les exemples d'utilisation des Fuse 1, on peut citer :

Conduit d'aération

« De nombreuses pièces intérieures d'automobiles peuvent être incroyablement difficiles à produire si l'on n'a pas recours au moulage par injection. Les conduits d'aération et les évents internes sont des éléments que l'on ne voit jamais, mais dont la production coûte pourtant très cher. Nous utilisons la Fuse 1 pour produire ces pièces. Cela nous permet d'être beaucoup plus polyvalents avec nos conceptions de véhicules sans nous ruiner. »

Étrier de frein

« Parfois, nous produisons des pièces simplement pour que les clients puissent voir à quoi ressemblera leur marque dessus. Cela signifie que nous devons produire une pièce assez rapidement pour pouvoir y appliquer leur logo. Nous utilisons la Fuse 1 pour produire ce genre de pièces, comme par exemple un étrier de frein, et nous pouvons placer le logo sur différentes zones de l'étrier en utilisant plusieurs couleurs pour que le client puisse décider. »

Concept interactif pour une super voiture

« L'impression 3D nous a permis de combiner les matériaux SLA et SLS pour travailler sur des itérations conceptuelles dans le cadre d'un projet spécifique. En combinant les deux procédés et en tirant parti de leurs propriétés spécifiques, nous pouvons produire rapidement plusieurs itérations afin d'aboutir à une conception finale. Il peut s'agir de pièces mécaniques comme de pièces transparentes, dont nous pouvons ainsi vérifier la qualité optique et la performance. »

Si l'on dit souvent que la fabrication additive est là pour remplacer la fabrication soustractive, l'équipe de Vital Auto voit des avantages à combiner ces technologies pour mettre en valeur leurs qualités. 

« Nous combinons les deux pour en faire le meilleur usage possible. Nous avons de nombreuses pièces pour lesquelles nous utilisons la fabrication soustractive, puis la fabrication additive pour rendre les détails plus fins. Nous disposons ainsi d'un moyen rentable pour produire un grand nombre de modèles conceptuels », a déclaré Barnicott.

Fuse 1 webinar
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Démonstration Fuse 1

Regardez une démonstration détaillée de la Fuse 1 et de l’impression 3D SLS, réalisée par les experts Formlabs.

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Créer de voitures conceptuelles haute fidélité grâce à l'impression 3D

« Les progrès faits par l'impression 3D au cours des dix dernières années sont phénoménaux. J'ai commencé par produire des véhicules de niche en petites séries, mais quand je vois nos capacités actuelles, je me rends compte que certaines pièces que nous fabriquons aujourd'hui auraient été absolument inaccessibles à l'époque », a déclaré M. Barnicott.  

L'impression 3D aide non seulement l'équipe à créer plus rapidement de meilleurs produits, mais aussi à attirer de nouveaux clients. Ils ont constaté que nombre de leurs clients s'adressent à eux parce qu'ils veulent avoir accès aux dernières technologies et souhaitent que leurs composants soient fabriqués avec des matériaux de pointe.

« Certaines technologies qu'on considérait comme émergentes ont aujourd'hui dépassé ce stade. L'impression 3D en est un exemple. Elle a atteint un tel point de perfection que tout ce que nous produisons peut être directement utilisé pour le produit final, après que nous toutes nos modifications ont été appliquées. L'impression 3D était d'abord une nouveauté, mais aujourd'hui, elle fait partie intégrante de ce que nous faisons », a déclaré M. Moradi.