À l'aide du logiciel 3D Spark, l'équipe a analysé différents facteurs influant sur les coûts de production. Certains sont liés aux pièces, d'autres aux procédés. Par exemple, l'orientation des pièces permet de minimiser les supports et de maximiser les surfaces constructibles.
En simulant les forces exercées sur une charnière, ces outils permettent d'éliminer la matière superflue. Il en résulte une réduction de poids de 35 %. Moins de matière signifie également des temps d'impression plus courts, ce qui diminue encore les coûts.
Honnêtement, ce qu'ils font n'a rien de nouveau pour les spécialistes de l'impression 3D. Il est logique d'agencer la pièce de manière rationnelle. On a déjà constaté l'élimination des déchets en impression 3D et en fabrication traditionnelle. Le plus intéressant est d'utiliser des outils qui automatisent cette optimisation. On ignore le prix du logiciel, et on suppose qu'il ne s'adresse pas aux amateurs d'impression 3D. Mais en nous demandant ce qu'il est possible de faire, on imagine qu'avec un peu d'entraînement et la modélisation dans les logiciels existants, on peut obtenir des résultats similaires.
En théorie, tout outil capable d'effectuer une analyse par éléments finis devrait pouvoir déterminer la quantité de matière à enlever. Nous avons constaté que les constructeurs automobiles utilisent l'impression 3D.
En simulant les forces au niveau de la charnière, ces outils peuvent retirer de la matière sans incidence significative. Je ne suis pas ingénieur, mais en lisant cela, j'ai pensé à l'analyse par éléments finis. Puis je vous ai vu dans l'avant-dernière phrase. Vous en parliez. Bien sûr, les constructeurs automobiles le font déjà. Comparons-nous comment ? Ce modèle prend-il en compte la force exercée en situation d'urgence comme en utilisation normale ?
Chaque arête, creux et congé nécessite du temps machine et une usure des outils. Des changements d'outils supplémentaires peuvent être nécessaires, et lors du travail sur une surface différente, les pièces peuvent devoir être usinées et réassemblées pour les orienter de manière à réaliser plusieurs cavités – à condition de disposer d'un outil adapté sur tout leur pourtour.
Je pense qu'une machine offrant davantage de degrés de liberté permettrait d'orienter la pièce de manière optimale… Mais à quel prix ?
L'impression 3D ne présente généralement pas de telles restrictions de forme, ce qui permet de réaliser des pièces complexes aussi facilement que des pièces simples.
En revanche, l'usinage soustractif traditionnel présente l'avantage d'obtenir un matériau généralement isotrope, présentant une résistance identique dans toutes les directions. De plus, l'absence de surfaces planes internes élimine les risques de mauvaise adhérence liés à un frittage défectueux. Un laminage ultérieur (étape peu coûteuse) permet d'obtenir une structure granulaire optimale.
Toutes les méthodes d'impression 3D présentent des limitations de forme. Même certaines parties de la fusion sélective par laser (SLM). Comme on pourrait le penser, l'isotropie de la SLM n'a pas vraiment d'importance. Les machines et les procédés utilisés quotidiennement donnent des résultats très constants.
Cependant, la question du prix est tout autre. Dans l'industrie aérospatiale, il est difficile pour l'impression 3D d'être véritablement compétitive.
Je dirais que l'industrie aérospatiale est l'un des rares secteurs où le coût de l'impression 3D métal se justifie. Les coûts de fabrication initiaux représentent une infime fraction du coût d'un produit aérospatial, et le poids est un facteur tellement crucial qu'il est facile d'en tirer profit. Comparé aux coûts exorbitants de l'assurance qualité pour les pièces composites, un processus d'impression maîtrisé et un contrôle dimensionnel rigoureux permettent de réaliser de réelles économies et d'apporter un changement positif significatif.
L'exemple le plus flagrant est celui de tous les composants imprimés en 3D utilisés aujourd'hui dans les moteurs de fusée. On peut ainsi éliminer de nombreux points de défaillance dans les circuits complexes, tout en réduisant les pertes de fluide et le poids. Je crois que certaines tuyères de moteur sont imprimées en 3D (chez Superdraco, peut-être ?). Il me semble avoir entendu parler de supports métalliques imprimés en 3D sur les avions de ligne Boeing.
Des produits tels que les nouveaux brouilleurs de la Marine et d'autres innovations pourraient comporter de nombreux supports imprimés en 3D. L'avantage des pièces à topologie optimisée réside dans l'intégration de l'analyse de résistance au processus de conception et le lien direct avec l'analyse de fatigue.
Cependant, il faudra encore du temps avant que des technologies comme le DMLS ne se généralisent dans l'industrie automobile et manufacturière. Le poids importe beaucoup moins.
Ce procédé s'avère particulièrement efficace dans le domaine des collecteurs hydrauliques et pneumatiques. La possibilité de réaliser des canaux et des cavités courbes pour le gainage thermorétractable est très utile. De plus, pour la certification, un test de contrainte à 100 % est toujours requis ; un coefficient de sécurité important n'est donc pas nécessaire (la contrainte étant de toute façon élevée).
Le problème, c'est que beaucoup d'entreprises se vantent de posséder une imprimante SLM, mais peu savent s'en servir. Ces imprimantes servent uniquement au prototypage rapide et restent inutilisées la plupart du temps. Comme ce domaine est encore émergent, on s'attend à ce que leur valeur se déprécie très rapidement et qu'elles soient mises au rebut d'ici 5 ans. Par conséquent, même si leur coût initial est très faible, obtenir un prix correct pour une production en série s'avère très difficile.
De plus, la qualité d'impression dépend de la conductivité thermique du matériau. L'aluminium a tendance à créer une rugosité de surface susceptible d'entraîner des problèmes de fatigue (même si un collecteur n'en a pas besoin si sa conception le permet). Par ailleurs, bien que le TiAlV6 s'imprime parfaitement et présente une meilleure résistance que l'aluminium de base de grade 5, ce dernier est principalement disponible sous forme d'AlSi10Mg, qui n'est pas l'alliage le plus résistant. Le T6, bien que convenant aux pièces moulées du même matériau, n'est pas adapté aux pièces SLM. Le Scalmaloy est également un excellent alliage, mais son obtention de licence est complexe et peu de fournisseurs le proposent. On peut aussi utiliser du titane avec des parois plus fines.
La plupart des entreprises exigent des moyens considérables, 20 échantillons et une énergie débordante pour traiter la pièce imprimée. Bien que, fonctionnellement, elle soit fondamentalement identique aux pièces moulées usinées qui, pendant des années, ont coûté une fortune en fabrication, elles considèrent les pièces imprimées comme magiques et les clients comme fortunés. De plus, les entreprises certifiées AS9100 ne manquent généralement pas de travail, apprécient leur activité traditionnelle et savent qu'elles peuvent en tirer profit sans craindre d'être accusées de négligence grave.
Alors oui : l’industrie aérospatiale peut tirer profit des pièces SLM, et certaines entreprises le font déjà, mais les spécificités de ce secteur et des fournisseurs de services restent figées dans les années 70, ce qui complique la situation. Le seul véritable progrès concerne le moteur, où les injecteurs de carburant imprimés sont désormais monnaie courante. Pour nous, obtenir des approvisionnements auprès d’ASML est un véritable parcours du combattant.
Tuyau d'échappement pour impression 3D en acier inoxydable P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Parmi les autres facteurs influant sur les coûts d'usinage figurent la gestion des pertes de liquide de refroidissement dues à l'écaillage et à l'évaporation. De plus, le traitement des copeaux est indispensable. Toute réduction de la quantité de copeaux en production de masse peut engendrer des économies substantielles.
On parle souvent de conception topologique, et comme vous pouvez l'imaginer, il s'agit d'un niveau d'analyse supplémentaire par rapport à l'analyse par éléments finis. Ce n'est que depuis quelques années que cette technique s'est réellement imposée, avec la démocratisation des outils.
Chaque fois que vous voyez le nom Fraunhofer, c'est que le produit est breveté et que la communauté des makers sera interdite de l'utiliser pendant très longtemps.
Autrement dit : nous avons inventé une nouvelle façon de garantir le remplacement de votre voiture dès l’expiration de votre garantie.
Je ne vois pas le rapport entre des charnières de porte plus légères et un complot maléfique qui vous obligerait à jeter votre voiture entière à la poubelle ?
L'analyse de la durée de vie en fatigue est une chose ; si vous n'optimisez que la résistance des matériaux, vous obtiendrez une pièce qui ne fonctionnera pas.
Même si elle a été conçue délibérément fragile, elle ne s'usera pas de sitôt après la fin de la garantie. Ce n'est qu'une charnière, certes, mais elle est neuve, et il est peu probable que vous ayez à vous débarrasser de toute la voiture… Vous aurez un véhicule de remplacement pendant sa durée de vie, car en général, elle est encore en bon état, mais cette pièce de rechange bon marché et facile à remplacer finit par s'user – rien de nouveau sous le soleil…
En pratique, pour garantir sa conformité aux normes de sécurité, etc., il est probablement encore fortement remanié, comme la plupart des châssis, carrosseries et sièges de voitures, en raison des contraintes qu'il subira lors d'une utilisation normale. Point de vente, sauf si la loi l'exige dans votre région.
« Ce n'est qu'une charnière », certes, mais c'est aussi un exemple de conception d'une pièce pour une durée de vie limitée. Appliqué au reste de votre voiture, ce procédé la transformera en épave au fil du temps.
Le scandale est le résultat de leur protection fréquente par brevet (MP3, je vois !).
Toute l'économie américaine repose sur une telle « puce ». À certains égards, ça fonctionne :-/.
L'institut Fraunhofer a mené de nombreuses recherches scientifiques, tant appliquées que fondamentales. Tout cela a un coût. Sans brevets ni licences, il faudrait accroître les financements publics. Avec les licences et les brevets, les pays tiers contribuent également aux coûts, car ils bénéficient eux aussi de la technologie. De plus, toutes ces études sont essentielles au maintien de la compétitivité du secteur.
D'après leur site web, une partie de votre impôt s'élève à environ 30 % (financement de base), le reste provenant de sources accessibles aux autres entreprises. Les revenus de brevets représentent probablement une partie de ces 70 %. Par conséquent, si vous ne les tenez pas compte, le développement sera moins important ou vos impôts plus élevés.
Pour une raison inconnue, l'acier inoxydable est proscrit et impopulaire pour les composants de carrosserie, de moteur, de transmission et de suspension. On ne le trouve que dans certains échappements haut de gamme, et il s'agit généralement d'acier de piètre qualité comme l'AISI 410 martensitique. Si vous souhaitez un échappement performant et durable, vous devrez utiliser vous-même de l'AISI 304/316.
Ainsi, tous les trous de ces pièces finiront par se boucher avec de la terre humide et les pièces commenceront à rouiller très rapidement. Comme la pièce est conçue pour être la plus légère possible, la moindre trace de rouille la rendra immédiatement inutilisable. Vous auriez de la chance si cette pièce n'était qu'une charnière de porte, ou un simple support ou levier interne. Mais si ce sont des pièces de suspension, de transmission ou autres, vous êtes dans une situation très délicate.
PS : Quelqu’un connaît-il une voiture entièrement en acier inoxydable, ayant été exposée à l’humidité, au dégivrage et à la saleté, notamment au niveau de la carrosserie ? Tous les bras de suspension, les carters de ventilateur de radiateur, etc., sont disponibles à n’importe quel prix. Je connais la DeLorean, mais malheureusement, elle n’a que des panneaux extérieurs en acier inoxydable, et non la structure complète de la carrosserie ni d’autres éléments importants.
Je serais prêt à payer plus cher pour une voiture avec une carrosserie, un châssis, une suspension et un système d'échappement en acier inoxydable, mais cela impliquerait un surcoût. Ce matériau est non seulement plus cher, mais aussi plus difficile à mouler et à souder. Je doute fort que des blocs-moteurs et des culasses en acier inoxydable soient judicieux.
C'est également très difficile. Selon les normes actuelles de consommation de carburant, l'acier inoxydable ne présente aucun avantage. Il faudra des décennies pour compenser l'impact carbone d'une voiture fabriquée majoritairement en acier inoxydable et ainsi retrouver les avantages de durabilité de ce matériau.
Pourquoi pensez-vous cela ? L’acier inoxydable a la même densité, mais est légèrement plus résistant (AISI 304 : 8 000 kg/m³ et 500 MPa ; AISI 945 : 7 900 à 8 100 kg/m³ et 450 MPa). À épaisseur de tôle égale, un corps en acier inoxydable a le même poids qu’un corps en acier ordinaire. De plus, il n’est pas nécessaire de le peindre : pas besoin d’apprêt, de peinture ni de vernis.
Oui, certaines voitures sont fabriquées en aluminium, voire en titane, ce qui les rend plus légères, mais elles se situent principalement sur le segment haut de gamme et les acheteurs n'hésitent pas à renouveler leur véhicule chaque année. De plus, l'aluminium rouille, parfois même plus vite que l'acier.
L'acier inoxydable n'est en aucun cas plus difficile à mouler et à souder. C'est même l'un des matériaux les plus faciles à souder et, grâce à sa ductilité supérieure à celle de l'acier ordinaire, il permet de lui donner des formes plus complexes. On trouve facilement sur le marché des casseroles, des éviers et autres pièces embouties en acier inoxydable. Un grand évier en acier inoxydable AISI 304 coûte bien moins cher et sa forme est plus complexe que celle d'une aile avant emboutie à partir de cette feuille d'acier de piètre qualité. On peut facilement fabriquer des pièces de carrosserie en acier inoxydable de haute qualité avec des moules classiques, et ces moules dureront plus longtemps. En Union soviétique, certains employés d'usines automobiles fabriquaient parfois des pièces de carrosserie en acier inoxydable sur les équipements de l'usine pour remplacer celles de leurs voitures. On peut encore trouver de vieilles Volga (GAZ-24) avec un châssis, un coffre ou des ailes en acier inoxydable. Mais cela est devenu impossible après l'effondrement de l'Union soviétique. J'ignore pourquoi et comment, et aujourd'hui, personne ne veut en tirer profit. Je n'ai d'ailleurs jamais entendu parler de pièces de carrosserie en acier inoxydable fabriquées dans des usines occidentales ou du tiers monde. Je n'ai trouvé qu'une Jeep en acier inoxydable, mais si je me souviens bien, les panneaux en acier inoxydable étaient reproduits à la main, et non en usine. Il y a aussi l'histoire de fans de Golf Mk2 de Virginie-Occidentale qui ont essayé de commander des ailes en acier inoxydable auprès de fabricants comme Klokkerholm, qui les produisent habituellement en acier ordinaire. Tous ces fabricants ont immédiatement et brutalement refusé d'aborder le sujet, sans même parler du prix. Impossible donc de commander quoi que ce soit dans ce domaine, même en grande quantité.
D'accord, c'est pour ça que je n'ai pas mentionné le moteur dans la liste. La rouille n'est certainement pas le problème principal du moteur.
L'acier inoxydable est plus cher, certes, mais un boîtier en acier inoxydable n'a pas besoin d'être peint. Le coût d'une pièce de carrosserie peinte est bien supérieur à celui de la pièce elle-même. Ainsi, un boîtier en acier inoxydable peut s'avérer moins cher qu'un boîtier rouillé et durera quasiment indéfiniment. Il suffit de remplacer les silentblocs et les joints usés de votre véhicule pour éviter d'avoir à en acheter un neuf. Lorsque cela est pertinent, vous pouvez même remplacer le moteur par un modèle plus performant, voire électrique. Zéro déchet, zéro impact environnemental inutile lors de la fabrication de nouveaux véhicules ou de l'utilisation des anciens. Pourtant, curieusement, cette méthode écologique est totalement ignorée des écologistes et des constructeurs.
À la fin des années 1970, des artisans philippins fabriquaient à la main de nouvelles pièces de carrosserie en acier inoxydable pour les jeepneys. Ces véhicules étaient initialement construits à partir de jeeps rescapées de la Seconde Guerre mondiale et de la guerre de Corée, mais vers 1978, ils furent tous mis au rebut car il était possible d'allonger l'arrière pour accueillir davantage de passagers. Il fallut donc en construire de nouveaux à partir de zéro et utiliser l'acier inoxydable pour éviter la corrosion. Sur une île entourée d'eau salée, c'est un avantage certain.
Il n'existe aucun matériau équivalent à l'acier HiTen pour la tôle d'acier inoxydable. C'est un point crucial pour la sécurité ; souvenez-vous des premiers tests Euro NCAP effectués sur des voitures chinoises qui n'utilisaient pas ce type d'acier spécial. Pour les pièces complexes, rien ne vaut la fonte GS : peu coûteuse, elle offre d'excellentes propriétés de fonderie et une grande résistance à la corrosion. Le prix est l'argument décisif. L'acier inoxydable est vraiment très cher. On cite souvent l'exemple d'une voiture de sport à juste titre, car le coût n'est pas un facteur déterminant, mais ce n'est absolument pas le cas pour Volkswagen.
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