En bref :
Dans ce guide, nous examinons comment les constructeurs automobiles utilisent la fabrication additive pour produire des prototypes fonctionnels, des pièces légères, des outillages sur mesure, des pièces de rechange et des composants destinés à une production en petite série. Nous aborderons les matériaux, les technologies et les stratégies de production qui aident les équipes d'ingénierie à réduire les coûts d'outillage, à raccourcir les délais de développement et à améliorer la productivité de l'assemblage.
Les pièces automobiles imprimées en 3D sont des composants de véhicules fabriqués par fabrication additive pour le développement automobile, l'outillage de production et les applications de production finale. Plutôt que de recourir au moulage ou à l'usinage traditionnels, ces pièces sont construites couche par couche à partir de thermoplastiques techniques, de résines et de matériaux composites, à l'aide de fichiers CAO 3D. Les constructeurs les utilisent pour créer des garnitures intérieures sur mesure, des supports de moteur légers et des pièces de rechange pour véhicules anciens dont la production a cessé, le tout avec une précision élevée.
Les constructeurs automobiles ont recours à la fabrication additive tout au long du cycle de vie d’un véhicule, depuis la validation précoce de la conception jusqu’à l’outillage de production et aux pièces destinées à l’utilisation finale. En fonction de l’application, les constructeurs peuvent produire des pièces légères pour des véhicules hautes performances, des composants destinés à une production en petite série ou des pièces de rechange difficiles à obtenir via les chaînes d’approvisionnement traditionnelles.
La souplesse de la fabrication additive permet également aux équipes d’ingénierie de tester et d’affiner rapidement leurs conceptions sans avoir à attendre la fabrication d’outils de moulage ou d’outils de fabrication coûteux. Cela accélère le développement tout en aidant les équipes à valider la forme, l’assemblage et la fonction plus tôt dans le processus.
Les constructeurs automobiles ont également recours à des processus de fabrication additive validés. Dans certains cas, cela inclut la prise en charge du processus d’homologation des pièces de production (PPAP), qui permet de vérifier que les pièces respectent les normes de fabrication et d’ingénierie définies avant la production.
Aujourd’hui, les constructeurs automobiles utilisent la fabrication additive bien au-delà des modèles de concept et des prototypes fonctionnels. Les pièces en polymère prêtes à la production sont de plus en plus utilisées pour la fabrication en petites séries, la fabrication de transition, les applications d’assemblage et le marché des pièces de rechange. Cette évolution permet aux constructeurs de passer de la validation de la conception à la production de pièces automobiles imprimées en 3D en utilisant les mêmes flux de travail numériques et les mêmes systèmes de fabrication additive.
Les pièces automobiles imprimées en 3D sont généralement utilisées pour les éléments d'intérieur, les garnitures extérieures aérodynamiques, les pièces fonctionnelles et les pièces de rechange. Les constructeurs automobiles ont recours à ces applications tout au long du développement des véhicules, dans le cadre de la production en petite série, pour le service après-vente et dans le cadre de programmes de véhicules spécialisés. Chaque application nécessite des matériaux spécifiques, allant de l’ASA™ résistant aux UV pour les pièces extérieures aux thermoplastiques techniques et résines pour les composants fonctionnels et les pièces de production.
Les pièces d’intérieur automobile constituent une application courante de la fabrication additive, car elles nécessitent souvent une personnalisation, des itérations rapides et un état de surface de haute qualité. Les constructeurs automobiles utilisent l’impression 3D industrielle pour les garnitures de tableau de bord, les encadrements de commutateurs, les bouches d’aération, les supports de fixation, les clips et les éléments d’habitacle sur mesure.
La technologie PolyJet™ est largement utilisée pour la modélisation de concepts d’intérieur et les revues de conception, car elle permet de produire des surfaces lisses, des textures réalistes et des prototypes très détaillés.
Par exemple, Italdesign a utilisé la Stratasys J750™ pour produire des composants d'intérieur à effet marbre pour son concept-car DaVinci, notamment la console centrale, les diffuseurs de climatisation et les incrustations de portières. L’entreprise a utilisé la technologie PolyJet™ pour créer des textures et des finitions très réalistes dans des délais de développement serrés, ce qui aurait été difficile à réaliser avec des méthodes traditionnelles.
Les pièces extérieures automobiles doivent allier esthétique et durabilité. Les constructeurs ont recours à la fabrication additive pour produire des boîtiers de rétroviseurs, des éléments de finition, des encadrements d'éclairage, des conduits et des éléments aérodynamiques.
Des matériaux tels que l’ASA pour le FDM® sont couramment utilisés car ils offrent une forte résistance aux UV et aux intempéries, ce qui les rend adaptés aux environnements extérieurs et aux applications de production en petite série.
La fabrication additive permet également de réaliser des pièces automobiles sur mesure pour les véhicules spécialisés, les programmes de sport automobile et les applications à faible volume.
Les applications automobiles « sous le capot » nécessitent des matériaux capables de résister à la chaleur, aux vibrations et aux contraintes mécaniques. Les ingénieurs ont recours à la fabrication additive pour créer des prototypes fonctionnels, des supports, des conduits, des boîtiers et des systèmes de circulation des fluides, ainsi que des composants prêts à la production destinés à des applications automobiles spécialisées.
La technologie d'impression 3D FDM répond aux besoins de ces applications grâce à des thermoplastiques techniques conçus pour les essais fonctionnels et les environnements de fabrication.
Ces pièces sont le fruit de près de trois ans de conception et de développement ; la voiture NASCAR Next Gen a ainsi effectué plus de 37 000 miles d’essais avant son lancement. Les ensembles de ventilation de pare-brise ainsi obtenus sont devenus les premières pièces de production imprimées en 3D utilisées sur l’ensemble de la flotte de la NASCAR Cup Series.
L'un des principaux avantages de la fabrication additive réside dans la possibilité de reproduire des pièces de rechange difficiles à trouver ou obsolètes. Au lieu de stocker des pièces physiques pendant des années, les fabricants peuvent conserver des fichiers numériques de ces pièces et produire des composants à la demande.
Cette solution s’avère particulièrement utile pour les véhicules de collection, les programmes spécialisés et la production automobile en petite série, lorsque l’outillage d’origine ou les fournisseurs ne sont plus disponibles.
Par exemple, Stratasys Direct Manufacturing a contribué à la restauration de la voiture de course Sampson Special de 1930 en recréant des composants de radiateur obsolètes à l’aide de la technologie PolyJet™. Cela a permis de reproduire fidèlement les pièces de rechange sans avoir recours aux méthodes d’outillage traditionnelles.
L'outillage automobile imprimé en 3D comprend les outils utilisés pour fabriquer, assembler, contrôler et manipuler les composants des véhicules au cours de la production. Cela inclut les gabarits, les posages, les moules, l'outillage robotisé et les dispositifs d'aide au contrôle réalisés par fabrication additive.
Les constructeurs automobiles utilisent ces outillages additifs sur les chaînes de montage, les postes d’inspection, les ateliers de peinture et les systèmes de fabrication additive. Par rapport aux outillages usinés traditionnels, ces outils sont souvent plus faciles à modifier, plus rapides à produire et mieux adaptés à la production en petite série et à l’évolution des exigences de fabrication.
L'impression 3D de pièces automobiles et d'outillages offre des avantages considérables : elle permet d'éliminer les moules coûteux, de réduire les délais de production et de passer à une production à la demande. Cette technologie permet aux constructeurs d'itérer rapidement leurs conceptions, de produire des composants sur mesure sans réoutillage coûteux et de stocker numériquement les pièces de rechange plutôt que de maintenir d'importants stocks physiques.
Les constructeurs automobiles ont également recours à la fabrication additive pour améliorer la souplesse de leur production, réagir plus rapidement aux modifications techniques et réduire leur dépendance vis-à-vis de longues chaînes d'approvisionnement externes.
Les différentes applications automobiles exigent des combinaisons spécifiques de résistance mécanique, de résistance à la chaleur, de durabilité, de souplesse et d’état de surface. Le choix du matériau dépend de l’emplacement de la pièce et des conditions auxquelles elle devra résister.
L'ASA™ est un thermoplastique résistant aux UV couramment utilisé pour les garnitures extérieures, les boîtiers et les pièces produites en petites séries exposées aux intempéries et au soleil.
Thermoplastiques techniques durables utilisés pour les prototypes fonctionnels, les accessoires de fabrication et les composants de production nécessitant résistance mécanique et stabilité dimensionnelle. L’ABS-M30™ offre une résistance mécanique et une résistance aux chocs améliorées pour les pièces fonctionnelles, les boîtiers et l’outillage d’atelier. L’ABS-CF10™ est renforcé de fibres de carbone pour une plus grande rigidité, ce qui le rend adapté aux supports légers, à l’outillage et aux composants structurels.
Les matériaux en nylon tels que le SAF™ PA12 et le SAF™ High Yield PA11 offrent un excellent équilibre entre robustesse, résistance à l’usure et légèreté, ce qui les rend idéaux pour les pièces fonctionnelles, l’outillage de production, les conduits, les clips, les supports et l’outillage robotique où la durabilité et la répétabilité sont essentielles.
Le polypropylène est adapté aux applications automobiles qui exigent une résistance aux produits chimiques, de la souplesse et de la durabilité. Il est couramment utilisé pour les composants en contact avec des fluides, les capots et les prototypes fonctionnels pour lesquels la résistance aux chocs ou les mouvements répétés sont importants.
Les matériaux photopolymères tels que le ToughONE™ pour PolyJet™ et le Dura56™ pour la technologie DLP P3™ offrent des états de surface lisses, un niveau de détail élevé et une grande exactitude dimensionnelle, ce qui les rend utiles pour les composants d’intérieur, les modèles, les pièces de contrôle d’ajustement et les aides à la production.
Les matériaux utilisés pour l'outillage automobile doivent résister à une utilisation répétée, aux variations de température et aux conditions difficiles des ateliers. Les différentes applications d'outillage exigent des combinaisons spécifiques de résistance mécanique, de rigidité, de résistance à la chaleur et de durabilité.
Les matériaux chargés en fibre de carbone allient légèreté et grande rigidité, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications d’outillage automobile. Les fabricants utilisent couramment des matériaux tels que le FDM® Nylon 12CF pour les gabarits et les posages, ainsi que pour les outils préhenseurs en bout de bras, où la résistance à faible poids et la répétabilité sont essentielles.
Des matériaux tels que la résine ULTEM™ 1010 offrent une forte résistance à la chaleur, une bonne résistance chimique et une grande stabilité dimensionnelle, ce qui permet aux outils de conserver leur exactitude dimensionnelle lors d’une utilisation répétée en production. Ces matériaux sont couramment utilisés pour les accessoires de fabrication automobile, l’outillage composite et les applications exposées à des températures élevées en atelier.
Les thermoplastiques FDM® sont largement utilisés pour la fabrication de posages durables, de guides de perçage, d’outils d’inspection et d’outillage de montage. Des matériaux tels que l’ASA™ sont couramment utilisés pour les posages et l’outillage durables exposés à une manipulation régulière et à des conditions changeantes en atelier.
Les polymères à température élevée sont utilisés pour les moules de thermoformage, l’outillage de stratification de composites et les applications de formage où la résistance à la chaleur est essentielle. Ils permettent de produire plus rapidement l’outillage et favorisent une production en petite série.
Les technologies Stratasys accompagnent les différentes étapes du développement et de la production automobile, de la validation de la conception et des pièces prototypes à l'outillage sur mesure, en passant par la production de petites séries et la fabrication conforme au processus PPAP via Stratasys Direct Manufacturing.
La technologie d’impression 3D FDM est largement utilisée pour les prototypes fonctionnels, l’outillage de production et les pièces de série durables. Ses thermoplastiques techniques répondent aux exigences des applications automobiles qui requièrent résistance, stabilité dimensionnelle et performances fiables en atelier. Les constructeurs utilisent couramment la technologie d’impression 3D FDM pour les gabarits, les posages, l’outillage en bout de bras et les composants de production en petite série.
La stéréolithographie est utilisée pour les pièces de prototype de haute précision, les modèles aérodynamiques et les modèles d’outillage qui exigent des surfaces lisses et une grande exactitude dimensionnelle.
Les constructeurs automobiles utilisent nos systèmes Neo® lors du développement des véhicules afin d’accélérer les essais et les itérations de conception.
La technologie PolyJet™ permet de produire des prototypes très détaillés, dotés de surfaces lisses, de détails fins et de textures réalistes. Les équipes de conception automobile utilisent PolyJet™ pour les concepts d’intérieur, les revues d’ajustement et de finition, les études ergonomiques et la validation de conception, lorsque l’aspect et l’exactitude dimensionnelle sont essentiels.
La technologie SAF™ permet la production répétable de pièces de production en polymère en grandes séries. Elle est conçue pour les environnements de fabrication où l’uniformité des pièces, la productivité et la répétabilité des pièces sont essentiels, ce qui la rend adaptée à la production en petite série et aux applications de fabrication intermédiaire.
La technologie P3™ permet de produire des pièces de haute précision, dotées d’une excellente qualité de surface et de détails fins. Les constructeurs automobiles utilisent P3™ pour les prototypes, l’outillage de moule par injection et la production de pièces de production nécessitant une qualité comparable à celle du moule d'injection, sans les coûts ni les délais associés à l’outillage de moule traditionnel.
Les pièces automobiles imprimées en 3D sont conçues à l'aide de logiciels de CAO optimisés pour la fabrication additive (DfAM), ce qui permet d'obtenir des géométries complexes et légères. Les pièces sont issues soit d’une production interne pour permettre des itérations rapides, soit de bureaux d’études spécialisés pour les matériaux spécifiques. Afin de garantir la sécurité et l’Uniformité des pièces, les composants sont soumis au processus d’homologation des pièces de production (PPAP), qui vérifie leur conformité aux normes strictes de l’ingénierie automobile.
La conception pour la fabrication additive (DfAM) permet aux ingénieurs de concevoir des pièces spécifiquement destinées à la fabrication additive plutôt qu’à l’usinage ou au moulage traditionnels.
Cela facilite la réduction du poids, la fusion de plusieurs pièces en un seul composant et la création de géométries plus complexes qui seraient difficiles à fabriquer de manière conventionnelle.
Des logiciels tels que GrabCAD Print™ aident les équipes d’ingénierie à préparer, gérer et surveiller les flux de travail de fabrication additive.
Le logiciel simplifie la configuration de l'impression et favorise la répétabilité entre différentes imprimantes, équipes et environnements de production.
Certains constructeurs automobiles produisent leurs outillages et leurs pièces en interne pour bénéficier d’une itération plus rapide et d’une plus grande souplesse de production, tandis que d’autres ont recours à des services tels que Stratasys Direct Manufacturing pour obtenir des matériaux spécialisés, une assistance PPAP, une fabrication de transition et des capacités de production supplémentaires.
De nombreuses entreprises combinent ces deux approches en fonction de l’application, des délais de production et des exigences de fabrication.
Les workflows du processus d’homologation des pièces de production (PPAP) permettent de vérifier que les pièces de production automobiles respectent les normes d’ingénierie et de fabrication requises.
À mesure que la fabrication additive s'intègre de plus en plus dans les environnements de production automobile, les workflows pris en charge par le PPAP aident les constructeurs à garantir l'uniformité des pièces, la traçabilité et la qualité de la production.
