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Automobile Études de cas

Le prototypage est le secret des belles voitures

Les géants de l'automobile BMW et Jaguar Land Rover — ainsi que de petits fournisseurs de pièces de rechange comme Minimizer — ont découvert que l'impression 3D accélère à elle seule la conception automobile et la fabrication.

Côté gauche d'un prototype FDM Lamborghini

La Lamborghini’ Aventador, le nouveau modèle phare de la marque, est un modèle sportif à deux places sacré par Top Gear voiture de l'année 2011. Elle accélère de 0 à 100 km/h en 2,9 secondes, atteint une vitesse maximale de 370 km/h et coûte un peu moins de 400 000 dollars. L'Aventador est 9 % plus puissante, 20 % plus économe et 6 % plus légère que la Murciélago de la génération précédente.

Le secret des performances extrêmes de l'Aventador’réside dans sa monocoque composite renforcée en fibre de carbone (CFRC) qui constitue le cœur de la carrosserie intégrée. La monocoque CFRC mesure 81 pouces de long sur 74,5 pouces de large et 40 pouces de haut, le composant CFRC le plus grand du secteur automobile. Elle pèse 148 kg et l'ensemble corps et châssis est incroyablement léger, avec 230 kg.

Enjeux élevés

Côté droit d'un prototype FDM Lamborghini

Automobili Lamborghini S.p.A. est la propriété d'Audi, qui appartient au groupe Volkswagen avec d'autres marques comme Porsche, Bugatti et Bentley. L'Automobili Lamborghini Advanced Composite Structures Laboratory — ou Lamborghini Lab en version courte — de l'université de Washington a établi un partenariat avec Lamborghini pour la fourniture d'une conception détaillée, un contrôle qualité, des améliorations des processus et des tests mécaniques pour les composants CRFC qui constituent 50 % du poids de l'Aventador. De nombreux prototypes physiques ont dû être réalisés pour valider l'assemblage, vérifier les lignes de charge efficaces, et identifier et corriger les problèmes invisibles sur l'écran d'ordinateur.

“Nous devions réussir la conception du premier coup, car l'outillage utilisé pour produire la monocoque coûte à lui seul plusieurs millions de dollars,” déclare Paolo Feraboli, professeur de matériaux et de structures aéronautiques à l'université de Washington et directeur du Lamborghini Lab.

Par exemple, l'approche traditionnelle pour fabriquer un prototype du bac interne de la monocoque’ aurait demandé la mise à l'échelle de l'outillage et la pose du prototype à l'aide de CFRC. Il aurait ainsi fallu environ quatre mois et 40 000 dollars pour construire l'outillage et poser la pièce mise à l'échelle.

“Nous étions curieux de voir s'il existait une méthode de prototypage rapide capable de produire des pièces assez solides pour supporter les tensions liées à l'assemblage et à la manipulation,” affirme P. Feraboli. “Nous voulions également construire un outillage rapide pour poser les plus petites pièces, ce qui demande non seulement une grande résistance mécanique, mais aussi une bonne tenue à température élevée.”

Un système idéal

Prototype FDM Lamborghini partie inférieure de la monocoque

Le plateau de fabrication de la Fortus s'est révélé suffisamment grand pour réaliser un modèle à l'échelle 1/6 de la carrosserie et du châssis en une seule pièce. Le Lamborghini Lab a réalisé des prototypes complets à l'échelle 1/6 de la carrosserie et du châssis en deux mois, ce qui a inclus l'impression et l'assemblage des pièces. La fabrication du bac interne a duré 6,3 jours et le coût du matériau s'est élevé à 560 $. Le temps total de construction et de traitement, incluant le retrait du support, le ponçage, la peinture, etc. a été de 20 jours. Le coût total, incluant les matériaux, le travail et le temps machine s'est élevé à 3 000 $.

“Le système Fortus s'est révélé idéal, en raison de sa polyvalence permettant d'imprimer des modèles très résistants à haute résolution dans des thermoplastiques industriels, et des outils composites personnalisés à partir de plastiques techniques haute performance. Le tout pour une fraction de ce que cela aurait coûté avec des méthodes de fabrication traditionnelles,” déclare Tom Goulet de CIMtech, le revendeur Stratasys à Seattle.

De nombreuses itérations

“Les nombreuses itérations des prototypes réalisées au cours du processus de conception ont été très utiles pour améliorer la qualité de l'assemblage et les lignes de charge,” affirme P. Feraboli.

Automobili Lamborghini S.p.A. de Sant’Agata Bolognese, en Italie possède également deux machines Stratasys, un système de production 3D Fortus et une imprimante 3D Dimension. Maurizio Reggiani, vice-président senior de Lamborghini et directeur de la technologie, déclare : “Nous avons eu massivement recours à la FDM pour réaliser des prototypes pour la transmission sept rapports conçue tout récemment pour l'Aventador, avec des temps de changement de 50 millisecondes, la plus rapide pour un véhicule de série.” La transmission à embrayage unique, fondée sur le concept d'une tringle de changement indépendante, est l'une des originalités de l'Aventador, avec la monocoque en CFRC et les suspensions à culbuteur.

Peu après la sortie de l'Aventador, Lamborghini a annoncé que la société avait déjà vendu toute la production de la première année’. “L'Aventador n'est que la première étape,” déclare P. Feraboli. “La fibre de carbone n'est pas uniquement destinée aux voitures exceptionnelles. Elle peut aider à économiser du carburant et à réduire les émissions sur toutes les voitures. Nous cherchons actuellement à étendre l'utilisation de la fibre de carbone pour des véhicules du groupe réalisés en gros volume.”

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