Différentes manières dont les fabricants automobiles tirent profit des avantages que l'impression 3D met en avant. Alors que la technologie gagne une place plus grand public dans l'industrie automobile, de nombreuses entreprises en prennent note, mais beaucoup l'utilisent de différentes manières et à diverses fins. Ces besoins peuvent couvrir n'importe quoi, des outils à la gestion des pièces de rechange/chaîne d'approvisionnement, en passant par les pièces d'utilisation finale et même des voitures complètes.
Il est intéressant de voir jusqu'où la technologie a progressé, comment elle est employée par les grands noms de l'industrie et où ils la voient aller pour leurs chaînes de production futures. Cet article vise à fournir un aperçu des nombreuses façons dont certains des plus grands fabricants automobiles au monde utilisent l'impression 3D dans leur flux de travail.
BMW
Comme la majorité de l'impression 3D est utilisée pour des séries de production de plus petite volume, il y a beaucoup de place pour la personnalisation et l'ajout de complexité en utilisant les éléments uniques que permet l'impression 3D. BMW n'est pas étrangère à ces formes de conception et de fabrication, employant l'impression 3D dans la pré-développement, la validation des véhicules, les tests, ou dans les voitures concept et d'exposition. Ils utilisent la technologie pour des volumes plus importants, mais des séries plus petites leur permettent de personnaliser les produits précisément selon les besoins de leurs clients.
L'entreprise a été prolifique dans leur utilisation de la fabrication additive, notant qu'ils voient potentiellement « un grand potentiel futur pour la production en série et de nouvelles offres pour les clients » (selon les experts de BMW en Allemagne). Ils utilisent la technologie pour améliorer à la fois les composants en plastique et en métal. Ils travaillent notamment avec HP pour produire des produits sur leurs grands systèmes de fabrication.
Comme beaucoup d'autres entreprises sur cette liste, BMW l'utilise comme moyen de produire des pièces que d'autres technologies ne peuvent pas créer. Un bon exemple en est le couvercle supérieur du Roadster i8. La fabrication du support pour ce composant n'aurait pas été possible avec un procédé de moulage traditionnel. En plus d'élargir les possibilités de conception, la pièce de voiture imprimée en 3D est plus durable et pèse également moins que les versions précédentes.
De même, BMW a dévoilé la voiture de course Formula E iFE.20 avec un arbre de refroidissement imprimé en 3D à partir de fibres de lin. La pièce a été présentée à la fin de 2019. Comparé aux matériaux en carbone habituels, le lin offre une meilleure absorption et une résistance aux chocs accrue, ce qui peut être avantageux sur les circuits urbains avec leurs bosses et barrières de sécurité, où se déroule la Formula E. Cela en fait la première voiture de course BMW engagée par une équipe officielle avec des pièces fabriquées à partir de fibres textiles renouvelables, ce qui la rend également écologique.
Gants BMW avec pouce protégé
L'entreprise utilise également l'impression 3D pour la fabrication d'outils et la sécurité. Un bon exemple en est les gants spécialisés qu'ils utilisent pour finir les bouchons de trous d'évacuation. Ces bouchons doivent être manuellement ajustés avec les doigts de l'ingénieur, ce qui sollicite beaucoup le pouce. Heureusement, ils ont conçu une solution imprimée en 3D qui peut être adaptée aux gants de travail.
En dehors de leur travail sur leurs propres automobiles, les ingénieurs de l'entreprise ont aussi apporté leur aide à des projets externes. Un exemple est le développement de sièges sur mesure imprimés en 3D pour l'équipe britannique de basketball paralympique. En utilisant des scans corporels en 3D et les dernières technologies de fabrication additive, les ingénieurs de BMW ont construit toute une flotte de fauteuils roulants permettant aux joueurs d'afficher un niveau de performance athlétique plus avancé.
Ford
Jigs et dispositifs de fixation Ford
En ce qui concerne l'engagement envers l'impression 3D, Ford s'investit pleinement dans cette technologie. La société a créé un centre de fabrication additive et a intégré ses opérations de manière extensive dans ses flux de travail. En termes de création d'impressions en plastique et en métal, ils ont une longue collaboration avec diverses entreprises telles qu'Ultimaker, Stratasys et GE Additive, qui fournissent des machines pour toutes sortes d'applications de fabrication additive tout au long de la chaîne de production.
Ils utilisent également l'impression 3D pour réduire les coûts et le temps de fabrication d'outils, car l'entreprise a constaté qu'il était plus rapide de fabriquer leurs propres pièces dans leurs installations plutôt que d'attendre les fournisseurs ou autres. Ils appliquent également ces mêmes principes aux gabarits et dispositifs de fixation, qu'ils développent dans des installations à travers le monde.
Ils ont étendu leurs opérations d'impression 3D au cours des dernières décennies, fabriquant à la fois des composants en métal et en plastique. Comme l'affirme l'entreprise : « Au cours des dernières décennies, Ford a imprimé plus de 500 000 pièces et a économisé des milliards de dollars et des millions d'heures de travail. Alors qu'il aurait fallu 4 à 5 mois et un coût de 1 000 000 € pour produire un prototype avec des méthodes traditionnelles, une pièce imprimée en 3D peut être produite en quelques jours ou heures pour quelques milliers d'euros. »
De même, diverses filiales de Ford ont montré leurs compétences en fabrication additive, notamment les équipes de conception derrière la Shelby GT500. Cette année, ils ont imprimé en 3D les designs les plus prometteurs pour la nouvelle GT500 en quelques jours, ce qui a considérablement accéléré les phases d'amélioration et de test. Ce rythme leur permet de modifier rapidement la Shelby GT500, en introduisant de nouveaux designs physiques à une vitesse fulgurante. Ils ont également développé un nouveau design hybride de spoiler-aile que l'équipe appelle « la balançoire ». Ce nouveau design est un facteur clé dans les impressionnantes capacités aérodynamiques de la GT500.
Moteur EcoBoost
L'entreprise a franchi une étape majeure en impression 3D en février. Leur division Ford Performance, spécialisée dans les composants haute performance, a imprimé en 3D ce qu'ils prétendent être la plus grande pièce automobile métallique pour un véhicule en fonctionnement dans l'histoire de l'automobile. La pièce en métal a été installée dans le Hoonitruck, un Ford F-150 de 1977 équipé d'un moteur V6 EcoBoost bi-turbo de 3,5 litres. La pièce elle-même est un collecteur d'admission en aluminium, imprimé à l'aide du système Concept Laser X LINE 2000R de GE Additive.
Volvo
Bien que ce ne soit pas le principal utilisateur de l'impression 3D automobile, Volvo a fait de grands progrès dans ce domaine ces dernières années. Comme beaucoup des autres entreprises de cette liste, Volvo utilise l'impression 3D pour la fabrication d'outils et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. L'utilisation de l'impression 3D a été particulièrement utile pour réapprovisionner les machines de l'entreprise avec de nouvelles pièces pour des composants hors production. Volvo utilise principalement des pièces en plastique imprimées en 3D et envisage la mise en œuvre de pièces en métal dans un avenir proche.
Depuis 2018, l'entreprise utilisait la fabrication additive principalement pour le prototypage et la fabrication d'outillage. « Comme nous n'avons besoin de produire que de faibles volumes de pièces pour le prototypage, c'est une bonne façon de voir ce qui fonctionne », déclare Fredrick Andersson, Ingénieur Développement pour l'installation de la transmission des chargeuses sur pneus chez Volvo CE [équipements de construction]. « Nous avons beaucoup de connaissances et nous pouvons apporter des modifications rapidement et facilement avec l'impression 3D. Et grâce à cela, le délai de mise sur le marché d'un nouveau produit est plus court, ce qui est d'une grande utilité pour notre entreprise. »
La rapidité accrue de la création de prototypes a été d'une aide considérable pour l'entreprise, car diverses nouvelles technologies qu'ils testaient le prouvent. Par exemple, des ingénieurs de Volvo ont conçu de nouveaux boîtiers de pompe à eau pour les véhicules A25G et A30G de l'entreprise. Ils ont réalisé des simulations afin d'optimiser la conception des passages internes du fluide dans le boîtier, mais ont dû construire un prototype pour effectuer des tests fonctionnels afin de valider la nouvelle conception. Le coût de l'outillage pour ce projet aurait été d'environ $9 090, avec un coût de pièce d'environ $909. Le délai de fabrication du prototype aurait été d'au moins 20 semaines. En revanche, l'impression 3D du prototype a coûté $770 et n'a pris que deux semaines.
Cependant, en 2019, l'entreprise a intensifié ses processus de fabrication additive, notamment avec sa branche Volvo Trucks. Leur usine de New River Valley (NRV) à Dublin, en Virginie, a fait beaucoup de bruit cette année dans le monde de la fabrication. Ils utilisent principalement la SLS mais ont également expérimenté d'autres méthodes de fabrication additive. Cette installation particulière produit plus de 500 outils et dispositifs de fabrication utilisés sur le site, fabriqués par impression 3D. L'usine est également un centre majeur pour l'ingénierie automobile en Amérique du Nord.
Outre les automobiles commerciales, l'entreprise développe également du matériel de construction. Certes, l'impression 3D a également laissé sa marque sur cet aspect des opérations de l'entreprise. Volvo a utilisé l'impression 3D pour la refonte de ses camions articulés, réduisant ainsi le coût de prototypage d'un dixième. Cela leur a également permis de réduire le temps passé de 20 à seulement 2 semaines.
GM
Bien que leurs opérations d'impression 3D aient principalement concerné la création de prototypes, elles s'étendent. L'entreprise prévoit également d'augmenter ses opérations d'impression pour produire « des dizaines de milliers de pièces à grande échelle à mesure que la technologie s'améliore », selon Kevin Quinn, directeur de la conception et de la fabrication additive. Ce plan devrait se déployer au cours des cinq prochaines années.
Le centre technologique Warren de l'entreprise produit environ 30 000 pièces prototypes chaque année. Les pièces sont composées d'au moins neuf types de matériaux, utilisant des combinaisons de plastiques, de métaux et de poudres. Elles sont principalement destinées à la création de prototypes, mais l'entreprise envisage également des pièces pour l'utilisation finale. Elle possède également des laboratoires HRL en copropriété avec Boeing, qui a cessé de produire un alliage d'aluminium imprimé en 3D.
Dan Grieshaber, directeur de l'intégration de la fabrication mondiale chez GM, a déclaré que la majorité des usines de GM disposent désormais d'imprimantes 3D. La société prévoit de l’accroître encore davantage, au moins dans leurs usines en France. Cette démarche devrait permettre à GM d’économiser des millions d’euros chaque année en coûts de production. GM est depuis longtemps un investisseur dans l’impression 3D et ses diverses sous-technologies. Ils l’utilisent pour la fabrication rapide d’outils et d’accessoires pour les travailleurs dans leurs usines. Rien que cette année, la société a indiqué que la mise en place d’une machine d’impression 3D $35 000 a permis d’économiser $300 000 sur deux ans. Bien que la production d’outils soit le rôle principal de l’imprimante, il est possible que la société augmente le rôle de la fabrication additive dans ses opérations quotidiennes.
Leur partenariat avec Autodesk a été bénéfique pour la fabrication de pièces légères imprimées en 3D qui pourraient aider le constructeur à atteindre ses objectifs d'ajouter des véhicules à carburant alternatif à sa gamme de produits. Faisant également partie de cette même collaboration, en 2019, les deux entreprises ont présenté un support de siège imprimé en 3D en acier inoxydable développé avec la technologie Autodesk.
Au début de 2019, GM envisageait une nouvelle application de conception pour l'impression 3D. En collaboration avec Michellin, ils cherchaient à produire un nouveau type de pneu avec une durabilité supérieure. Le pneu Uptis est encore en cours de développement, mais les entreprises ont passé à la phase de test. Elles affirment que les pneus seraient 100 % durables, résistants et capables de durer encore plus longtemps. Ils constituent également une alternative beaucoup plus écologique, avec moins de déchets lors de la production. Récemment, des ingénieurs utilisaient une flotte de Chevrolet Bolt EV pour tester les nouveaux pneus dans le Michigan, et ont évoqué la possibilité de les rendre disponibles au public en 2024.
Porsche
Porsche utilise l'impression 3D pour une gamme de différentes applications, allant des composants majeurs à la réinvention de la chaîne d'approvisionnement pour leurs anciens modèles. Porsche utilise actuellement l'impression 3D pour produire des pièces de rechange très spécifiques, mais de manière limitée. Cela est dû aux normes de qualité strictes qu'ils doivent respecter pour garantir la sécurité. La société travaille également avec un nombre global de unités produites inférieur, car elle est davantage une marque de voitures classiques et de luxe.
Pour le développement de composants hors production tels que le levier de débrayage pour la Porsche 959, l'entreprise utilise la fusion laser. Ils utilisent de la poudre d'acier de outillage et obtiennent la pièce de manière beaucoup plus efficace qu'il ne serait possible autrement avec d'autres méthodes.
L'utilisation de l'impression 3D a également permis à l'entreprise de se diriger vers l'impression à la demande, ce qui réduit considérablement les coûts liés aux matériaux, au transport et au stockage. Cela est également avantageux car ces pièces ne sont pas en demande accrue et sont souvent coûteuses à maintenir en production constante. Porsche travaille le plus souvent avec Markfordged pour faire revivre ces pièces classiques.
Principalement, ils utilisent la SLM et la SLS pour les différentes pièces qu'ils doivent produire. Porsche a déclaré que les pièces imprimées en 3D sont supérieures aux anciennes dans de nombreux cas. Bien qu'ils impriment actuellement un nombre limité de pièces, ils ont élargi le portefeuille depuis 2018 et testent de futurs composants.
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