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Quelles sont les applications de l’impression 3D dans le secteur automobile ?

Publié le 8 octobre 2020 par Mélanie R.

Parmi les secteurs qui utilisent les technologies de fabrication additive, l’industrie automobile est l’un de ceux qui en tirent le plus profit. Cette technologie permet aux constructeurs automobiles de réduire leurs coûts, le temps de fabrication et le poids des pièces devenues de plus en plus complexes. La fabrication additive permet également une plus grande personnalisation au niveau de la conception, transformant ainsi les modèles de voitures en des expériences d’utilisation inoubliables. Avec la croissance importante que connaît l’impression 3D dans l’industrie automobile, les revenus générés devraient atteindre les 12,4 milliards de dollars d’ici 2028. Pour mieux comprendre l’impact de cette technologie sur l’industrie, nous avons choisi quelques cas d’applications concrets qui montrent comment l’impression 3D bouleverse le secteur automobile. Ici, il s’agira davantage de pièces imprimées en 3D que de voitures conçues par impression 3D. Nous les avons classés par constructeur et par ordre alphabétique.

Audi accélère la conception automobile

Audi est une multinationale allemande qui se consacre à la fabrication de voitures haut de gamme et de sport. Elle fait partie du groupe Volkswagen depuis 1965. Il y a quelques années, l’entreprise a décidé d’utiliser les solutions Stratasys dans le but d’accélérer la conception automobile. La technologie PolyJet a permis à Audi de développer et d’évaluer différents prototypes avant de produire les pièces d’un véhicule. En intégrant l’imprimante 3D J750 dans sa gamme, le fabricant a pu étendre la production de modèles tels que les enjoliveurs de roues, les grilles, les poignées de porte ou même les cabochons de feux arrière, qui sont généralement en plastique transparent. Grâce à l’impression 3D, ils ont pu accélérer la conception automobile et la création des pièces finales, répondant ainsi aux exigences de leurs clients.

Audi a utilisé la technologie PolyJet pour concevoir différentes pièces pour ses voitures

BMW opte pour la fabrication additive

La société allemande BMW, basée à Munich, utilise la fabrication additive depuis plus de 25 ans et a été l’un des premiers constructeurs automobiles à intégrer cette technologie. Pour elle, l’impression 3D dans l’industrie automobile est un pari qui s’est avéré fructueux. En juin 2020, le constructeur a ouvert son propre centre de fabrication additive dans le but de mettre en commun ses compétences de production. Ce campus compte plus de 80 employés et plus de 50 solutions de fabrication industrielle. BMW a démontré ses capacités à de nombreuses reprises, par exemple avec le modèle sportif Roadster i8. Celui-ci intègre des pièces qui sont beaucoup plus légères que si elles avaient été créées selon des méthodes traditionnelles. Des pièces telles que le support de son toit décapotable sont désormais plus solides et plus légères.

BMW est l’un des premiers constructeurs automobiles à avoir investi dans la fabrication additive

Bugatti imprime ses pièces de frein en 3D

La société française Bugatti, filiale du groupe Volkswagen, fabrique des voitures de luxe et de course. Début 2018, l’entreprise a annoncé qu’elle avait commencé à intégrer l’impression 3D pour le développement de certaines pièces. La voiture de sport haut de gamme Chiron est connue pour sa grande vitesse et ses freins puissants. Bugatti s’est donc tourné vers la fabrication additive de titane pour alléger ses étriers de freins. En choisissant le titane plutôt que l’aluminium, le poids de la pièce en question a été réduit de 40 %. Les ingénieurs ont affirmé avoir produit le plus grand étrier de frein pour une voiture de sport, avec huit pistons en titane dans chaque étrier avant et six à l’arrière. Le constructeur espère ainsi pouvoir améliorer les performances de ses véhicules à l’avenir.

impression 3D automobile

L’étrier de frein imprimé en 3D

Ferrari et la fabrication additive métal

La fabrication additive a un rôle clé dans le sport automobile permettant de concevoir des pièces plus légères, résistantes et performantes, dans des délais beaucoup plus courts. Le constructeur Ferrari a donc misé sur cette technologie – en particulier l’impression 3D métal – pour imaginer les pistons de l’un de ses moteurs. Ferrari explique avoir utilisé une machine EOS et de la poudre de titane et que la fabrication additive lui a permis d’imaginer une pièce beaucoup plus complexe, résistante et légère grâce notamment à l’optimisation topologique. Cette méthode augmente également le nombre d’itérations possibles : l’entreprise peut imaginer autant de designs nécessaires et accélérer sa phase de prototypage. Le constructeur a également conçu des pédales de frein imprimées en 3D avec une structure creuse – un résultat qui n’aurait pas été possible via d’autres méthodes de fabrication.

Les pédales de frein imprimées en 3D

Les projets d’impression 3D automobile de Ford

En 1988, le constructeur automobile Ford avait déjà investi dans 3 imprimantes 3D ; en 2015, il estimait sa production de pièces imprimées en 3D à 500 000, preuve que la technologie a une place de taille pour l’entreprise américaine. Et pour cause, celle-ci a noué de solides partenariats avec certains fabricants comme Desktop Metal ou encore Carbon. Si on se penche sur les pièces réalisées par Ford, on est obligé de vous parler de son collecteur d’admission d’air en aluminium, l’une des plus grandes pièces métalliques imprimées en 3D pour l’automobile. Il pèse 6 kilos et a été réalisé en 5 jours seulement. Plus récemment, l’américain a imaginé des écrous de roue sur-mesure pour protéger les jantes. Imprimés sur des machines EOS, ces écrous ont été modélisés à partir de la voix du conducteur : celle-ci est convertie en modèle 3D et imprimée à l’intérieur de l’écrou. Une méthode efficace pour lutter contre les vols puisque seule la voix du conducteur permettrait de retirer les écrous.

impression 3D automobile

Les écrous imprimés en 3D sont modélisés d’après la voix du conducteur

Un support de siège imprimé en 3D par General Motors

En collaboration avec Autodesk, le constructeur General Motors a imaginé un support de siège imprimé en 3D en acier inoxydable pour ses futures voitures électriques. Il a eu recours au design génératif pour imaginer une pièce avec moins de matière et donc plus légère afin de maximiser l’efficacité énergétique. Le support de siège ne serait composé que d’une seule pièce, contre 8 différentes via des méthodes classiques, serait 40% plus légère et 20% plus solide. Les délais de fabrication sont également réduits étant donné qu’il n’y a plus du tout de phase d’assemblage. General Motors espère produire des milliers de pièces d’ici 2023, suivant de près l’évolution des technologies 3D.

Le support de siège est passé de plusieurs pièces à une seule

Lamborghini et la Sian Roadster

Lamborghini est la définition des voitures de sport de luxe coûteuses. Le constructeur cherche à offrir une véritable expérience à chaque conducteur, à la fois en termes de performances mais aussi de confort et d’esthétique. C’est sûrement l’une des raisons qui l’a poussé à opter pour la fabrication additive : il fallait concevoir un véhicule personnalisable. Or, avec l’impression 3D, les possibilités d’adaptation sont quasi illimitées. Lamborghini offre à chaque acheteur de la Sian Roadster un contrôle total sur l’intérieur ainsi que sur certaines finitions de peinture. Par exemple, les sorties d’air redessinées ont été imprimées en 3D et permettent aux clients de les personnaliser en intégrant, entre autres, leurs initiales dans le design.

impression 3D automobile

Le conducteur peut personnaliser l’intérieur de sa voiture

McLaren et son modèle 720S

McLaren a également intégré la fabrication additive dans le processus de fabrication de son modèle 720S. En utilisant une imprimante 3D résine, toutes les parties individuelles de la carrosserie ont pu être imprimées en 140 heures. La 720S étant une voiture de sport, l’aérodynamique est un élément essentiel de ses performances. McLaren a donc décidé de remplacer les pièces aérodynamiques d’origine, telles que les ailes arrière, le capot, les panneaux de porte et le pare-chocs, par des pièces imprimées en 3D. Cela a permis de produire la 720S non seulement plus rapidement et à moindre coût, mais aussi plus efficacement et avec une qualité supérieure.

La 720S de McLaren intègre plusieurs pièces imprimées en 3D

Mercedes et des pièces détachées pour ses camions

L’industrie automobile ne se limite pas aux véhicules pour le transport de personnes mais comprend également des véhicules pour le transport de marchandises, c’est pourquoi il nous paraissait important de parler des camions de Mercedes. Après s’être d’abord concentré avec succès sur l’impression 3D de pièces en plastique, Mercedes fabrique maintenant des pièces de camion en métal. En utilisant la fabrication additive métal, les pièces de rechange deviennent plus résistantes et plus souples. Un autre avantage est que Mercedes a la possibilité de produire ces pièces en petites quantités et à faible coût. Mercedes est la première entreprise à se concentrer sur la production de pièces détachées pour camions.

impression 3D automobile

Mercedes se penche sur l’impression 3D de pièces détachées

Michelin et son pneu imprimé en 3D

Le fabricant de pneus français, Michelin, a présenté son premier prototype de pneu utilisant des technologies de fabrication additive en 2019. Appelés Uptis (Unique Puncture-proof Tire System), ces pneus ont été conçus pour être sans air afin de réduire le risque de crevaison. La société a travaillé avec l’entreprise américaine General Motors pour développer ce prototype imprimé en 3D. En cas de succès, on peut s’attendre à ce qu’Uptis équipe certaines voitures d’ici 2024. À ce jour, l’impression en 3D n’a été utilisée que pour développer le prototype, en utilisant des matériaux renouvelables et bio-sourcés, mais si la production devait atteindre des volumes plus importants, cette technologie pourrait être employée à plus grande échelle. Enfin, ces pneus anti-crevaison peuvent également réduire les déchets afin de promouvoir une mobilité durable.

Le pneu Uptis

MINI propose une personnalisation de ses véhicules

MINI, qui fait partie du groupe BMW depuis 2000, propose une certaine personnalisation de ses voitures grâce à la fabrication additive. Les clients de MINI ont la possibilité de personnaliser leur véhicule en concevant par exemple la bande latérale côté passager dans l’habitacle et les inserts latéraux eux-mêmes. Les pièces sont ensuite imprimées en 3D dans les installations de BMW. Les imprimantes 3D utilisées dans ce processus sont toutes des installations de production hautement professionnelles qui ont été configurées avec précision par BMW grâce à des partenariats stratégiques avec HP, Carbon et EOS. L’ensemble du groupe réalise environ 30 000 projets de prototypage par an et produit plus de 140 000 composants.

impression 3D automobile

MINI propose un service de personnalisation de ses voitures

Porsche et ses pistons imprimés en 3D

Porsche utilise la technologie de fabrication additive depuis le début des années 1990. Cet été, le géant de l’automobile a imprimé en 3D des pistons de moteur pour la toute première fois. Les composants ont été conçus pour le moteur haute performance de la Porsche 911 GT2. L’impression 3D a permis d’optimiser les pistons et, par conséquent, de rendre cet élément moteur essentiel 10 % plus léger que les pistons fabriqués de manière traditionnelle. Porsche a utilisé un alliage d’aluminium spécifique conçu par Mahle, afin d’obtenir les meilleures propriétés pour cette application spécifique. L’équipe a dû développer de nouveaux paramètres pour les travaux d’impression, qui ont été réalisés par leur partenaire de fabrication Trumpf.

impression 3D automobile

Les pistons ont été imprimés en 3D sur une machine métal

SEAT et l’impression 3D automobile

Le fabricant espagnol SEAT vient d’achever un nouveau bâtiment de 3 000 m2 qui unifiera tous les processus et activités avant la production en série d’un nouveau modèle. Un grand espace dans le nouveau centre sera consacré aux projets de fabrication d’additive. Le centre de SEAT abrite plusieurs imprimantes 3D, neuf pour être précis. Les machines comprennent : une HP Multi Jet Fusion, une machine SLS, 6 imprimantes 3D FDM et une solution PolyJet. Grâce à la diversité de ces technologies, SEAT est en mesure de produire des pièces plus ou moins détaillées, avec des propriétés mécaniques importantes et des fonctionnalités avancées. Les machines fonctionnent 24 heures sur 24 et produisent en moyenne 50 pièces par jour. Selon le constructeur, 80% des pièces sont des prototypes utilisés pour développer plus rapidement des véhicules, le reste étant principalement des composants d’outillage et de personnalisation.

SEAT a ouvert un centre de fabrication additive

Volkswagen et son van

À l’occasion de l’ouverture de son nouveau centre d’innovation et d’ingénierie en Californie, le constructeur automobile Volkswagen a présenté une version électrique modernisée du Combi de 1962, appelée Type 20. Il est intéressant de noter que le célèbre modèle de la fourgonnette comportait plusieurs composants fabriqués en impression comme le volant, les supports de rétroviseurs et même les roues. L’intégration de la technologie d’impression 3D a permis à Volkswagen de réduire le poids total du van tout en gagnant en complexité géométrique.

Plusieurs pièces ont été imprimées en 3D

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