Des chercheurs de Fraunhofer rendent viable l'impression 3D de pièces automobiles en métal plus légères et moins chères
Dans ce qui pourrait être un signe avant-coureur de l'avenir de l'industrie automobile, dont les ressources sont considérables, une pièce automobile en métal a été créée à l'aide d'une méthode d'impression en 3D qui la rend beaucoup moins chère que le processus de fraisage traditionnel. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer - vous savez, celui qui nous a donné la première prothèse oculaire imprimée en 3D à être installée dans l'orbite d'un patient - ont réussi à imprimer une charnière de porte de voiture qui s'est avérée 50 % moins chère et 35 % plus légère que son équivalent fraisé.
Pour parvenir à ces avantages époustouflants, les chercheurs de Fraunhofer ont utilisé leur propre logiciel 3D Spark - un outil d'analyse de base de données de pièces piloté par l'IA - pour identifier les pièces les plus adaptées à l'impression 3D par fabrication additive (AM). Jusqu'à présent, l'impression 3D de composants automobiles était généralement utilisée lorsqu'il s'agissait d'adapter une pièce à la morphologie ou au style d'un conducteur, ou en quantités très limitées pour les voitures de course et les supercars. L'utilisation de l'impression 3D est limitée à des pièces automobiles de très faible volume, principalement en raison de son coût par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication en série.
L'approche analytique de Fraunhofer a toutefois commencé par identifier une pièce adaptée à la fabrication additive, puis a tenté d'optimiser la structure des coûts à chaque étape, en commençant par l'orientation de la pièce, d'où les structures de support nécessaires :
Dans l'étape suivante, la structure du bras de charnière a été optimisée de manière ciblée, en utilisant l'un des avantages de la fabrication additive, à savoir qu'elle permet de créer des géométries de composants entièrement nouvelles. Cela a donné au composant une forme de base qui ne contient du matériau que là où le flux de force simulé l'exige. Au total, cela a permis de réduire le poids du bras de la charnière de porte de 35 %. Et grâce à la réduction des besoins en matériaux et à la diminution du temps d'impression, les coûts par rapport à l'impression 3D sans optimisation structurelle ont encore diminué de 20 %
Toute structure de support qui n'a pas besoin d'être retirée permet de gagner du temps et d'éviter ainsi une partie des coûts importants engendrés par la phase de post-traitement hautement manuelle. La réduction du nombre de structures de support dans la conception a également un effet positif sur le temps de production et les besoins en matériaux, ce qui réduit à nouveau les coûts de 10 %. Le choix judicieux du matériau optimal pour la poudre métallique dans le portefeuille de plus en plus large de matériaux imprimables en 3D permet de réduire les coûts de 10 % supplémentaires
L'ajustement des paramètres du processus d'AM offre d'autres moyens de réduire les coûts. Par exemple, une épaisseur de couche plus élevée pendant l'impression, l'optimisation des paramètres du processus et la déformation du profil du faisceau laser réduisent considérablement le temps de construction. Même si cela entraîne une légère perte de qualité des pièces (bien qu'elle reste supérieure à celle des pièces moulées), cela permet de réduire les coûts d'impression de 15% supplémentaires. L'optimisation de l'utilisation de la machine par l'imbrication et, si nécessaire, l'empilage dans la zone de fabrication, permet de réduire encore les coûts de 10 %.
Au total, l'optimisation des coûts étape par étape a permis à Fraunhofer d'imprimer en 3D une pièce de voiture en métal qui ne coûte que 20 % de ce qu'elle aurait coûté sans le processus d'analyse de la fabrication additive : "L'optimisation de l'orientation et de la topologie ainsi que l'optimisation du support contribuent à hauteur de 45 %", indique Fraunhofer, tandis que "l'optimisation de la sélection des matériaux, des paramètres de vitesse et de la maximisation de la charge de travail dans le processus AM réduit les coûts de 35 % supplémentaires", démontrant ainsi que des pièces de voiture appropriées imprimées en 3D peuvent être produites pour un cinquième seulement des coûts impliqués jusqu'à présent. La charnière de porte de la voiture de sport est ainsi devenue non seulement beaucoup plus légère et esthétique que son homologue fraisée, mais aussi deux fois moins chère, ce qui ouvre la voie à des lots de pièces automobiles beaucoup plus importants pouvant être produits par impression 3D à l'avenir.
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