Le châssis complet de la voiture de Divergent3D est imprimé en 3D. Il a été présenté au public pour la première fois sur le stand de SLM Solutions au salon Formnext 2018 à Francfort, en Allemagne, du 13 au 16 novembre.
Si vous avez une connaissance pratique de la fabrication additive (FA), vous connaissez probablement les buses d'impression 3D pour la plateforme de moteur à réaction Leap de GE. La presse économique couvre cette histoire depuis 2012, car il s'agissait en effet du premier cas bien médiatisé de FA en action dans un contexte de production réel.
Les injecteurs de carburant monoblocs remplacent les anciens assemblages composés de 20 pièces. Leur conception devait également être robuste car ils étaient exposés à des températures atteignant 1 315 °C (2 400 °F) à l’intérieur du réacteur. La pièce a reçu sa certification de vol en 2016.
Aujourd'hui, GE Aviation aurait enregistré plus de 16 000 commandes pour ses moteurs Leap. Face à une forte demande, l'entreprise a annoncé avoir imprimé sa 30 000e buse d'injection de carburant en 3D à l'automne 2018. GE Aviation fabrique ces pièces à Auburn, en Alabama, où elle exploite plus de 40 imprimantes 3D métal. GE Aviation indique que chaque moteur Leap est équipé de 19 buses d'injection de carburant imprimées en 3D.
Les dirigeants de GE ont peut-être cessé de parler d'injecteurs de carburant, mais cette technologie a ouvert la voie au succès de l'entreprise dans le domaine de la fabrication additive. En effet, toutes les réunions de conception de nouveaux moteurs débutent par une discussion sur l'intégration de la fabrication additive dans le développement des produits. Par exemple, le nouveau moteur GE 9X, actuellement en cours de certification, est équipé de 28 injecteurs de carburant et d'un mélangeur de combustion imprimé en 3D. Autre exemple : GE Aviation repense un turbopropulseur dont la conception est restée quasiment inchangée depuis une cinquantaine d'années et qui intégrera 12 pièces imprimées en 3D, contribuant ainsi à réduire son poids de 5 %.
« Ces dernières années, nous nous sommes concentrés sur l’apprentissage de la fabrication additive de très grandes pièces », a déclaré Eric Gatlin, responsable de l’équipe de fabrication additive chez GE Aviation, devant la foule réunie sur le stand de l’entreprise au salon Formnext 2018 à Francfort, en Allemagne, début novembre.
Gatlin a qualifié l'adoption de la fabrication additive de « changement de paradigme » pour GE Aviation. Cependant, son entreprise n'est pas la seule. Les exposants de Formnext ont constaté une participation record de fabricants (OEM et équipementiers de rang 1) cette année. (Les organisateurs du salon ont annoncé 26 919 visiteurs, soit une augmentation de 25 % par rapport à Formnext 2017.) Si les constructeurs aérospatiaux ont été les fers de lance de la mise en œuvre de la fabrication additive en production, les entreprises des secteurs automobile et des transports considèrent désormais cette technologie sous un jour nouveau, beaucoup plus sérieux.
Lors d'une conférence de presse de Formnext, Paul Heiden, vice-président senior d'Ultimaker, a expliqué comment Ford avait utilisé les imprimantes 3D de l'entreprise dans son usine de Cologne, en Allemagne, pour créer des outils de production pour la Ford Focus. Il a indiqué que l'entreprise avait ainsi économisé environ 1 000 euros par outil imprimé par rapport à l'achat du même outil auprès d'un fournisseur externe.
Si les ingénieurs de production ont besoin d'outils, ils peuvent charger le modèle dans un logiciel de modélisation CAO 3D, le peaufiner, l'envoyer à une imprimante et obtenir une impression en quelques heures. Les progrès logiciels, comme l'intégration de davantage de types de matériaux, ont contribué à simplifier les outils de conception, permettant même aux personnes non formées de les utiliser, a déclaré Heiden.
Après avoir démontré l'utilité des outils et des dispositifs imprimés en 3D, Ford, selon Heiden, s'attaque désormais au problème de la gestion des stocks de pièces détachées. Au lieu de stocker des centaines de pièces, l'entreprise utilisera des imprimantes 3D pour les imprimer à la demande. Ford prévoit ensuite d'évaluer l'impact de cette technologie sur la production de pièces.
D'autres constructeurs automobiles intègrent déjà des outils d'impression 3D de manière ingénieuse. Ultimaker donne des exemples d'outils utilisés par Volkswagen dans son usine de Palmela, au Portugal :
Fabriqué sur une imprimante 3D Ultimaker, cet outil sert à guider le positionnement des boulons lors de la mise en place des roues dans l'usine d'assemblage Volkswagen au Portugal.
Quand il s'agit de redéfinir la fabrication automobile, d'autres voient les choses en grand. Kevin Czinger de Divergent3D est l'un d'eux.
Czinger souhaite repenser la manière dont les voitures sont construites. Il veut créer une nouvelle approche utilisant la modélisation informatique avancée et la fabrication additive pour créer des châssis plus légers que les châssis traditionnels, comportant moins de pièces, offrant de meilleures performances et étant moins coûteux à produire. Divergent3D a présenté son châssis imprimé en 3D sur le stand de SLM Solutions Group AG au salon Formnext.
Le châssis imprimé sur la machine SLM 500 est constitué de nœuds auto-fixants qui s'emboîtent parfaitement après impression. Les responsables de Divergent3D affirment que cette approche de conception et d'assemblage du châssis pourrait permettre d'économiser 250 millions de dollars en éliminant les coûts d'outillage et en réduisant le nombre de pièces de 75 %.
L'entreprise espère vendre ce type d'unité de production aux constructeurs automobiles à l'avenir. Divergent3D et SLM ont formé un partenariat stratégique étroit pour atteindre cet objectif.
Senior Flexonics est une entreprise peu connue du grand public, mais elle est un fournisseur majeur de composants pour les entreprises des secteurs de l'automobile, du diesel, du médical, du pétrole et du gaz, et de la production d'énergie. Des représentants de l'entreprise ont rencontré GKN Powder Metallurgy l'année dernière pour discuter des possibilités de l'impression 3D, et les deux parties ont partagé leurs réussites lors de Formnext 2018.
Les composants repensés pour tirer parti de la fabrication additive sont les soupapes d'admission et d'échappement des refroidisseurs de recirculation des gaz d'échappement destinés aux camions commerciaux, sur route et hors route. Advanced Flexonics souhaite explorer des méthodes plus efficaces pour créer des prototypes capables de résister à des tests en conditions réelles et, éventuellement, à une production en série. Forte de son expertise dans la fabrication de pièces pour les secteurs automobile et industriel, GKN possède une connaissance approfondie de la porosité fonctionnelle des pièces métalliques.
Ce dernier point est important car de nombreux ingénieurs estiment que les pièces destinées à certaines applications de véhicules industriels nécessitent une densité de 99 %. Or, dans nombre de ces applications, ce n'est pas le cas, selon Adrian Keppler, PDG d'EOS, ce que confirme le fournisseur de technologies de machines et partenaire.
Après avoir développé et testé des pièces en acier inoxydable EOS 316L VPro, Senior Flexonics a constaté que les pièces fabriquées par impression 3D atteignaient leurs objectifs de performance et pouvaient être produites plus rapidement que les pièces moulées. Par exemple, le portail peut être imprimé en 3D en 70 % du temps nécessaire pour un moulage. Lors de la conférence de presse, tous les acteurs du projet ont reconnu le fort potentiel de cette technologie pour une future production en série.
« Il faut repenser la façon dont les pièces sont fabriquées », a déclaré Kepler. « Il faut envisager la fabrication différemment. Ce ne sont pas des pièces moulées ou forgées. »
Pour beaucoup dans l'industrie de la fabrication additive, le Graal est de voir cette technologie se généraliser dans les environnements de production à grand volume. Aux yeux de beaucoup, cela représenterait une acceptation totale.
La technologie de fabrication additive est utilisée pour produire ces soupapes d'entrée et de sortie destinées aux refroidisseurs de recirculation des gaz d'échappement pour les camions commerciaux. Le fabricant de ces pièces prototypes, Senior Flexonics, étudie d'autres applications de l'impression 3D au sein de son entreprise.
Dans cette optique, les développeurs de matériaux, de logiciels et de machines travaillent d'arrache-pied pour proposer des produits qui rendent cela possible. Les fabricants de matériaux cherchent à créer des poudres et des plastiques capables de répondre aux exigences de performance de manière reproductible. Les développeurs de logiciels s'efforcent d'enrichir leurs bases de données de matériaux afin de rendre les simulations plus réalistes. Les constructeurs de machines conçoivent des cellules plus rapides et dotées de plus grandes capacités de production pour traiter simultanément un plus grand nombre de pièces. Il reste encore du travail à accomplir, mais l'avenir de la fabrication additive dans la production industrielle suscite un grand enthousiasme.
« Je travaille dans ce secteur depuis 20 ans et, pendant tout ce temps, j'ai toujours entendu dire : "Cette technologie va bientôt être utilisée en production." Alors on a attendu, encore et encore », a déclaré Paul Bates, directeur du Centre de compétences en fabrication additive d'UL. « Mais je pense que nous arrivons enfin au point où tout converge et où ça se concrétise. »
Dan Davis est rédacteur en chef de The FABRICATOR, le magazine de fabrication et de formage des métaux le plus diffusé du secteur, ainsi que de ses publications sœurs : STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal et The Welder. Il travaille sur ces publications depuis avril 2002.
Le rapport sur la fabrication additive s'intéresse à l'utilisation des technologies de fabrication additive dans la production industrielle. Aujourd'hui, les fabricants utilisent l'impression 3D pour fabriquer des outils et des dispositifs de fixation, et certains y ont même recours pour la production en grande série. Leurs témoignages seront présentés ici.