L'intégralité du châssis de la voiture Divergent3D est imprimée en 3D. Elle a fait ses débuts publics sur le stand SLM Solutions au Formnext 2018 à Francfort, en Allemagne, du 13 au 16 novembre.
Si vous avez des connaissances pratiques en matière de fabrication additive (AM), vous connaissez probablement les buses d'impression 3D pour la plate-forme 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 d'AM en action dans un environnement de production réel.
Les buses de carburant monobloc remplacent ce qui était auparavant un assemblage de 20 pièces. Il devait également avoir une conception robuste car il était exposé à des températures pouvant atteindre 2 400 degrés Fahrenheit à l'intérieur du moteur à réaction. La pièce a reçu la certification de vol en 2016.
Aujourd'hui, GE Aviation aurait plus de 16 000 engagements pour ses moteurs Leap. En raison d'une forte demande, la société a indiqué avoir imprimé sa 30 000e buse de carburant imprimée en 3D à l'automne 2018. GE Aviation fabrique ces pièces à Auburn, en Alabama, où elle exploite plus de 40 imprimantes 3D métalliques pour la production de pièces. GE Aviation rapporte que chaque moteur Leap dispose de 19 buses de carburant imprimées en 3D.
Les responsables de GE sont peut-être fatigués de parler des buses de carburant, mais cela a ouvert la voie au succès de l'entreprise en matière de fabrication additive. En fait, toutes les nouvelles réunions de conception de moteurs commencent par une discussion sur la manière d'intégrer la fabrication additive dans les efforts de développement de produits. Par exemple, le nouveau moteur GE 9X actuellement en cours de certification comporte 28 buses de carburant et un mélangeur de combustion imprimé en 3D. Dans un autre exemple, GE Aviation est en train de reconcevoir un moteur à turbopropulseur, qui a été presque de la même conception depuis environ 50 ans, et qui comportera 12 pièces imprimées en 3D qui aideront à réduire le poids du moteur de 5 %.
« Ce que nous faisons depuis quelques années, c'est apprendre à fabriquer des pièces de très grande taille fabriquées de manière additive », a déclaré Eric Gatlin, responsable de l'équipe de fabrication additive chez GE Aviation, s'adressant à la foule rassemblée sur le stand de la société à Formnext 2018 à Francfort, en Allemagne, début novembre.
Gatlin a ensuite qualifié l'adoption de la FA de « changement de paradigme » pour GE Aviation. Cependant, son entreprise n'est pas seule. Les exposants de Formnext ont noté qu'il y avait plus de fabricants (OEM et Tier 1) au salon de cette année que jamais auparavant. (Les responsables du salon ont signalé que 26 919 personnes ont assisté à l'événement, soit une augmentation de 25 % par rapport à Formnext 2017.) Alors que les fabricants de l'aérospatiale ont mené la campagne pour faire de la fabrication additive une réalité dans l'atelier, les entreprises de l'automobile et des transports La technologie est envisagée d'une manière nouvelle. D'une manière beaucoup plus sérieuse.
Lors d'une conférence de presse de Formnext, le vice-président senior d'Ultimaker, Paul Heiden, a partagé des détails sur la façon dont Ford a utilisé les imprimantes 3D de la société dans son usine de Cologne, en Allemagne, pour créer des outils de production pour la Ford Focus. Il a déclaré que la société avait économisé environ 1 000 euros par outil d'impression par rapport à l'achat du même outil auprès d'un fournisseur extérieur.
Si les ingénieurs de fabrication sont confrontés à un besoin d'outils, ils peuvent charger la conception dans un logiciel de modélisation CAO 3D, peaufiner la conception, l'envoyer à une imprimante et la faire imprimer en quelques heures. Les progrès des logiciels, tels que l'intégration de davantage de types de matériaux, ont contribué à rendre les outils de conception plus faciles, de sorte que même les « non formés » peuvent travailler avec le logiciel, a déclaré Heiden.
Ford étant en mesure de démontrer l'utilité des outils et des montages imprimés en 3D, Heiden a déclaré que la prochaine étape pour l'entreprise est de résoudre le problème des stocks de pièces de rechange. Au lieu de stocker des centaines de pièces, des imprimantes 3D seront utilisées pour les imprimer au fur et à mesure de leur commande. À partir de là, Ford devrait voir quel type d'impact la technologie peut avoir sur la production de pièces.
D'autres constructeurs automobiles intègrent déjà des outils d'impression 3D de manière imaginative. Ultimaker fournit des exemples d'outils que Volkswagen utilise dans son usine de Palmela, au Portugal :
Fabriqué sur une imprimante 3D Ultimaker, l'outil est utilisé pour guider le placement des boulons lors du placement des roues dans l'usine d'assemblage Volkswagen au Portugal.
Lorsqu’il s’agit de redéfinir la fabrication automobile, d’autres voient beaucoup plus grand. Kevin Czinger de Divergent3D est l’un d’entre eux.
Czinger veut repenser la façon dont les voitures sont construites. Il souhaite créer une nouvelle approche en utilisant la modélisation informatique avancée et la FA pour créer des châssis plus légers que les cadres traditionnels, contenant moins de pièces, offrant des performances supérieures et moins coûteux à produire. Divergent3D a présenté son châssis imprimé en 3D sur le stand de SLM Solutions Group AG à Formnext.
Le châssis imprimé sur la machine SLM 500 est constitué de nœuds auto-fixants qui s'assemblent tous après l'impression. Les responsables de Divergent3D affirment que cette approche de la conception et de l'assemblage du châssis pourrait permettre d'économiser 250 millions de dollars en éliminant les coûts d'outillage et en réduisant les pièces de 75 %.
L'entreprise espère vendre ce type d'unité de fabrication aux constructeurs automobiles à l'avenir. Divergent3D et SLM ont formé un partenariat stratégique étroit pour atteindre cet objectif.
Senior Flexonics n'est pas une entreprise bien connue du public, mais c'est un fournisseur majeur de composants pour les entreprises des secteurs de l'automobile, du diesel, de la médecine, du pétrole et du gaz et de la production d'électricité. Les représentants de l'entreprise ont rencontré GKN Powder Metallurgy l'année dernière pour discuter des possibilités de l'impression 3D, et les deux ont partagé leurs réussites à Formnext 2018.
Les composants repensés pour tirer parti de la FA sont les soupapes d'admission et d'échappement pour les refroidisseurs de recirculation des gaz d'échappement pour les applications de camions commerciaux, sur route et hors route. Advanced Flexonics souhaite voir s'il existe des moyens plus efficaces de créer des prototypes capables de résister à des tests en conditions réelles et éventuellement à une production en série. Avec des années d'expérience dans la production de pièces pour des applications automobiles et industrielles, GKN possède une compréhension approfondie de la porosité fonctionnelle des pièces métalliques.
Ce dernier point est important car de nombreux ingénieurs pensent que les pièces destinées à certaines applications de véhicules industriels nécessitent une densité de 99 %. Dans bon nombre de ces applications, ce n'est pas le cas, selon Adrian Keppler, PDG d'EOS, ce dont témoigne le fournisseur et partenaire de technologie de machines.
Après avoir développé et testé des pièces fabriquées à partir du matériau EOS StainlessSteel 316L VPro, Senior Flexonics a constaté que les pièces fabriquées de manière additive atteignaient leurs objectifs de performance et pouvaient être fabriquées plus rapidement que les pièces moulées. Par exemple, le portail peut être imprimé en 3D en 70 % du temps par rapport au processus de moulage. Lors de la conférence de presse, toutes les parties impliquées dans le projet ont reconnu que cela présentait un grand potentiel pour la future production en série.
« Il faut repenser la fabrication des pièces », a déclaré Kepler. « Il faut envisager la fabrication différemment. Il ne s'agit pas de pièces moulées ou forgées. »
Pour de nombreux acteurs de l’industrie de la fabrication additive, le Saint Graal est de voir la technologie être largement adoptée dans les environnements de fabrication à haut volume. Aux yeux de beaucoup, cela représenterait une acceptation totale.
La technologie AM est utilisée pour produire ces soupapes d'admission et de sortie pour les refroidisseurs de recirculation des gaz d'échappement destinés aux applications de camions commerciaux. Le fabricant de ces pièces prototypes, Senior Flexonics, étudie d'autres utilisations de l'impression 3D au sein de son entreprise.
Dans cet esprit, les développeurs de matériaux, de logiciels et de machines travaillent dur pour fournir des produits qui permettent cela. Les fabricants de matériaux cherchent à créer des poudres et des plastiques capables de répondre aux attentes de performance de manière reproductible. Les développeurs de logiciels tentent d'étendre leurs bases de données de matériaux pour rendre les simulations plus réalistes. Les constructeurs de machines conçoivent des cellules qui fonctionnent plus rapidement et ont des gammes de production plus larges pour accueillir plus de pièces à la fois. Il reste encore du travail à faire, mais l'avenir de la fabrication additive dans la fabrication réelle suscite beaucoup d'enthousiasme.
« Je travaille dans ce secteur depuis 20 ans et, pendant tout ce temps, j'entendais sans cesse : "Nous sommes sur le point d'intégrer cette technologie à un environnement de production." Nous avons donc attendu, et encore, longtemps », a déclaré Paul Bates, directeur et président du groupe d'utilisateurs de la fabrication additive d'UL. « Mais je pense que nous arrivons enfin au point où tout converge et où cela se produit. »
Dan Davis est rédacteur en chef de The FABRICATOR, le magazine de fabrication et de formage de métaux le plus diffusé de l'industrie, et de ses publications sœurs, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal et The Welder. Il travaille sur ces publications depuis avril 2002.
Le rapport Additive se concentre sur l'utilisation des technologies de fabrication additive dans la fabrication réelle. Les fabricants utilisent aujourd'hui l'impression 3D pour fabriquer des outils et des montages, et certains utilisent même la FA pour des travaux de production à haut volume. Leurs histoires seront présentées ici.