Les initiés et les analystes prédisent Tendances de l’impression 3D à surveiller dans notre dernière série d’articles axés sur l’avenir de l’impression 3D.
L’Institut Fraunhofer pour les technologies de production additive (IAPT) a démontré comment l’impression 3D peut offrir des avantages à la fois en termes de performances techniques et de coûts de fabrication en repensant la charnière de porte d’une voiture de sport de luxe.
Le projet de refonte de la pièce a permis aux ingénieurs d’IAPT d’optimiser tout, de la géométrie de la charnière de porte à l’orientation de la construction et aux paramètres de processus, dans le but de maximiser les économies de coûts et de poids.
En fin de compte, le travail visait à mettre en lumière les facteurs pas si évidents qui influencent les coûts des pièces imprimées en 3D, au-delà de la géométrie des composants eux-mêmes.
Selon l’IAPT, les résultats du projet sont de bon augure pour la production en série dans le secteur automobile, où l’impression 3D est de plus en plus utilisée dans les opérations quotidiennes.
La charnière de porte de voiture imprimée en 3D. Photo via Fraunhofer IAPT.
Rationalisation de la production automobile
Le secteur automobile est l’un des nombreux à avoir adopté la fabrication additive au fil des ans, en utilisant la technologie pour toutes sortes d’applications. Cependant, de nombreux cas d’utilisation jusqu’à présent ont été limités à de faibles volumes, car l’impression 3D n’offre tout simplement pas encore le débit des techniques de production automobile conventionnelles, sans maintenir de faibles coûts par pièce. En tant que tel, le projet Fraunhofer pourrait suggérer que la technologie dans son ensemble est actuellement sous-utilisée dans l’automobile, avec des applications de production en série à plus grand volume encore à l’horizon.
Le premier des cas d’utilisation établis concerne le prototypage rapide, car la phase de R&D des nouveaux modèles de voitures peut prendre jusqu’à cinq ans. Au cours de la R&D, plusieurs prototypes de pièces seront inévitablement développés et testés, ce qui signifie qu’il est nécessaire d’avoir des itérations de conception rapides avec des délais minimaux : l’un des principaux arguments de vente de la fabrication additive.
Les constructeurs automobiles impriment également en 3D des outils de fabrication tels que des gabarits et des fixations, ce qui facilite le flux de production et d’assemblage. Il existe même une application potentielle dans les pièces de rechange qui étaient autrefois coulées mais qui sont maintenant obsolètes. La nature dynamique et flexible de l’impression 3D permet aux fournisseurs de pièces d’imprimer à la demande, éliminant ainsi complètement le besoin d’inventaires de composants physiques.
Le mois dernier, le constructeur de voitures de sport Porsche a réalisé un investissement stratégique non divulgué dans le fabricant d’imprimantes 3D INTAMSYS dans le but d’explorer d’autres façons de déployer l’impression 3D dans ses propres opérations de fabrication. Porsche a déclaré qu’elle considérait l’impression 3D comme une « partie intégrante » de la future technologie de fabrication numérique et méritait donc une contribution « à long terme et continue ».
Ailleurs, le constructeur automobile tchèque Škoda a récemment annoncé qu’il utilisait l’impression 3D pour améliorer ses propres flux de travail, en intégrant la production de prototypes, de pièces de rechange et d’outillage en interne. Dans le cadre de son projet « Plus flexible avec les fermes d’impression 3D », l’entreprise a mis en place un certain nombre de fermes d’impression avec des systèmes développés par des entreprises comme Prusa.
Le projet de ferme d’impression de Škoda a été reconnu par la Confédération de l’industrie de la République tchèque. Photo via Škoda.
Une charnière de porte imprimée en 3D
Avant de commencer tout travail de conception, les ingénieurs de Fraunhofer ont utilisé un logiciel de sélection de pièces développé par 3D Spark, une entreprise dérivée de l’IAPT, pour identifier un composant automobile approprié pour l’étude de démonstration.
Dans les premières étapes du projet, l’équipe a d’abord déterminé l’orientation la plus rentable du composant dans la chambre de construction. Les ingénieurs ont pris en considération les structures de support qui seraient nécessaires, ainsi que le nombre de pièces qu’ils pourraient intégrer dans une seule construction. Cette étape initiale d’optimisation de l’orientation a permis de réaliser des économies de 15 % par rapport à une construction imprimée en 3D sans ces considérations.
La prochaine étape était l’optimisation topologique du bras de charnière lui-même. En éliminant les matériaux inutiles et en ne renforçant que les sections de la pièce requises par le flux de force simulé, les ingénieurs ont pu réduire le poids du bras de charnière de 35 %. Les économies de matériaux et le temps d’impression plus courts qui en ont résulté ont permis de réaliser des économies supplémentaires de 20 %.
L’équipe de Fraunhofer a également calculé les économies de coûts supplémentaires associées à un post-traitement réduit (grâce à la réduction des structures de support) et à la sélection du matériau de poudre métallique optimal pour le travail : 10 % chacun.
Fait intéressant, l’étude a révélé que même les paramètres de construction utilisés dans le processus d’impression 3D se prêtaient à des économies potentielles. Par exemple, des couches plus épaisses, des vitesses de numérisation plus rapides et la déformation du profil du faisceau laser ont tous contribué à un temps de construction plus court, réduisant les coûts d’impression de 15 % supplémentaires.
En fin de compte, cette approche de conception axée sur les coûts a permis aux ingénieurs de l’IAPT d’imprimer la charnière en 3D avec une énorme réduction des coûts de 80 % par rapport à un homologue imprimé en 3D sans les mêmes optimisations. Comparé à un équivalent fraisé CNC, le projet a permis des économies de coûts et de poids de 50% et 35%, respectivement.
Abonnez-vous à la Bulletin de l’industrie de l’impression 3D pour les dernières nouvelles de la fabrication additive. Vous pouvez également rester connecté en nous suivant sur Twitter, nous aimer sur Facebook, et syntoniser le Chaîne YouTube de l’industrie de l’impression 3D.
Vous cherchez une carrière dans la fabrication additive? Visite Travaux d’impression 3D pour une sélection de rôles dans l’industrie.
L’image en vedette montre la charnière de porte de voiture imprimée en 3D. Photo via Fraunhofer IAPT.
