Le rôle de l’impression 3D dans le développement des voitures électriques

Les temps changent, la société évolue et il en va de même pour la technologie : il y a à peine plus de dix ans, nous ne pouvions même pas imaginer la technologie dont nous disposons aujourd’hui. Cela se reflète dans notre vie quotidienne, qu’il s’agisse de nouvelles inventions telles que la « friteuse » ou les drones équipés d’un système de suivi du visage pour réaliser des reportages vidéo, ou de progrès dans des technologies existantes telles que la 5G ou l’impression 3D. Mais il y a un progrès particulier de la société auquel nous nous sommes habitués et adaptés, et c’est celui des voitures électriques.

Ces types de voitures, de motos et même de camionnettes sont devenus une tendance. Leurs faibles émissions et le coût du plein d’essence sont, entre autres, un attrait pour les consommateurs. Au départ, il s’agissait d’une technologie dont on doutait souvent. Mais aujourd’hui, un grand pourcentage des voitures circulant sur les routes du monde sont hybrides ou électriques. Comme nous l’avons mentionné au début, la technologie n’est pas figée dans son évolution, et c’est pourquoi l’impression 3D commence à faire ses preuves dans le développement de ce type de véhicules.

Pourquoi utiliser des voitures électriques ?

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles on choisit d’acheter un véhicule électrique plutôt qu’une voiture à essence ou diesel. D’une part, il y a les conducteurs qui décident d’agir et d’assumer leur responsabilité vis-à-vis de l’environnement. Nous savons tous que les émissions d’un véhicule électrique sont nulles, et ce type de conducteur est donc favorable au développement durable. D’autre part, il y a ceux qui pensent à leur portefeuille. Une voiture électrique représente un investissement initial important, mais à long terme, il est très rentable étant donné le faible coût d’utilisation de la voiture. Enfin, il y a les personnes qui sont obligées d’acheter une de ces voitures pour des raisons telles que les restrictions. C’est le cas des conducteurs qui souhaitent circuler dans les centres-villes tels que Madrid et qui sont tenus d’avoir un véhicule dont les émissions sont nulles ou très faibles.

Bien que de nombreuses personnes pensent que ce qu’elles appellent la « mode » des véhicules électriques n’est qu’un vain mot, il existe des chiffres qui montrent la tendance croissante et l’utilisation de ce type de voiture. Selon l’association nationale pour le développement de la mobilité électrique, 882 531 véhicules électriques roulaient en France en 2023. La même année, 192 438 nouveaux véhicules ont été immatriculés, soit une haute de 52,4 % par rapport à 2022.

Les débuts de l’impression 3D dans l’automobile électrique

L’impression 3D dans le secteur automobile électrique a fait ses premiers pas il y a une dizaine d’années. Tout a commencé lorsque les « makers », c’est-à-dire les personnes qui disposent d’imprimantes 3D chez elles et créent leurs propres modèles, ont commencé à concevoir de petites pièces de personnalisation pour leurs véhicules. Certains d’entre eux ont incorporé de petits accessoires de design ou même des parties mineures de la structure des voitures.

Cependant, ce n’est qu’en 2014, lors du International Manufacturing Technology Show de Chicago (IMTS), qu’une voiture a été entièrement imprimée avec une imprimante 3D pour la première fois. Il s’agissait de Strati, un petit véhicule électrique à deux places au style similaire aux buggys de plage produit par Local Motors. Cette voiture est passée inaperçue dans la plupart des médias mondiaux bien qu’il s’agisse d’une première. Contrairement à d’autres voitures imprimées en 3D, Strati ne comportait que 49 pièces et a été imprimée en moins de 48 heures. Elle avait également une autonomie d’un peu moins de 200 km, et malgré les discussions sur la production de masse en 2015, le succès n’a pas été au rendez-vous.

Des années plus tard, en 2018, la voiture que nous connaissons aujourd’hui sous le nom de XEV YOYO a été dévoilée, mais à l’époque elle était connue sous le nom de LSEV. Conçu par X Electrical Vehicle (XEV) et fabriqué en collaboration avec Polymaker, ce petit véhicule pourrait être imprimé en seulement 3 heures et ne comporterait que 57 pièces. Il a été lancé en 2019, et ce qui n’était qu’une petite entreprise possède aujourd’hui des concessionnaires dans de nombreuses régions du monde et vend des milliers de véhicules par an.

Si l’on regarde cinq ans en arrière, on se rend compte que l’impression 3D n’était pas vraiment intégrée dans le monde de l’automobile électrique. Jusqu’alors, on connaissait quelques petits véhicules électriques imprimés en 3D, comme le KILO Design ou le 4ekolka. Ces technologies ont également été utilisées pour la restauration de véhicules par Volkswagen ou BMW, mais l’ampleur que nous avons atteinte aujourd’hui était inespérée.

Technologies d’impression 3D et matériaux compatibles pour les voitures électriques

Aujourd’hui, de nombreuses marques automobiles utilisent l’impression 3D, que ce soit pour de petites pièces destinées à des véhicules spécifiques ou pour les lignes de production elles-mêmes. Volkswagen, Seat, Toyota ou Lexus en sont quelques exemples, mais comme nous l’avons mentionné, il y en a beaucoup d’autres. D’autre part, les imprimantes 3D ne sont pas la seule chose que les marques utilisent, un autre exemple clair de l’utilisation des technologies 3D dans l’industrie automobile étant les logiciels 3D, les scanners 3D et les voitures d’essai.

La plupart des marques utilisent une ou deux technologies spécifiques, comme Koenigsegg avec le FDM et l’impression 3D résine, ou Volkswagen avec HP Metal Jet. Cela signifie qu’il n’existe pas un seul type de technologie spécifique aux voitures électriques, mais en fonction de l’application que vous souhaitez utiliser, vous pouvez en fabriquer une avec l’une ou l’autre technologie.

En ce qui concerne les matériaux compatibles avec la fabrication additive pour les véhicules électriques, les fabricants ne pouvaient à l’origine utiliser que des plastiques. Mais au fil du temps, la gamme des matériaux compatibles s’est élargie pour inclure une grande variété. Les plus courants dans l’industrie sont les matériaux thermoplastiques ou polymères tels que l’ABS, le nylon ou la résine.

La plupart des pièces imprimées avec les matériaux susmentionnés sont des pièces non critiques pour le véhicule. Cela signifie qu’elles n’influencent pas le fonctionnement du véhicule. Mais il est possible d’imprimer en 3D des pièces cruciales pour les voitures électriques. En fait, certaines entreprises le font déjà. Ces pièces, au lieu d’être imprimées avec des polymères, sont généralement imprimées dans des métaux et des alliages. Les plus couramment utilisés sont les alliages de titane et d’aluminium.

Quelles sont les applications possibles grâce à l’impression 3D ?

Certains fabricants ont réalisé que les pièces imprimées en 3D sont non seulement plus rapides à produire et moins coûteuses que les méthodes traditionnelles, mais qu’elles sont également tout aussi durables. Ces pièces imprimées sont soumises à des tests rigoureux afin de connaître leurs limites et de pouvoir être intégrées dans la production de véhicules. Qu’elles soient imprimées en métal, en plastique ou en céramique, elles doivent toutes subir des tests rigoureux.

Au départ, la plupart des entreprises hésitaient à introduire dans leurs véhicules des pièces créées par une imprimante 3D. Avec le temps, la solidité, la robustesse et la durabilité de ces pièces sont devenues évidentes. En fait, aujourd’hui, de nombreuses marques introduisent déjà dans leurs véhicules des pièces créées à l’aide de ces technologies. Des marques telles que Volkswagen comptent pas moins de 13 modèles de voitures différents qui intègrent des pièces imprimées en 3D, qu’elles soient en métal ou en plastique. En fait, selon Stefan Leest, directeur de la technologie chez Volkswagen, « les pièces imprimées en 3D sont aussi résistantes que les pièces fabriquées par des méthodes traditionnelles« .

Parmi ces applications, on peut citer les éléments de l’habitacle de véhicules telles que les tableaux de bord, les sièges, les tableaux de bord, les pièces d’habillage, mais aussi les bouches d’aération et les conduits de refroidissement, les dispositifs d’éclairage, les couvercles et les accessoires de console. En outre, les pièces essentielles des véhicules, telles que les supports de montage, les boîtiers, les triangles de suspension et les composants de freinage, commencent également à être imprimées en 3D.

LEXUS en est un bon exemple : à la fin de l’année 2023, la société a annoncé qu’elle utiliserait l’impression 3D pour fabriquer les conduits du refroidisseur d’huile AT dans sa nouvelle version de la voiture de sport LEXUS LC500. Dans un premier temps, des doutes ont été émis sur le projet de cette supercar hybride. En effet, Tomohiro Ohno, carrossier chez LEXUS, a précisé : « Les deux principales questions étaient de savoir si le coût serait réalisable, compte tenu de la faible production en série, et comment déterminer la qualité des pièces fabriquées à l’aide d’imprimantes 3D« . Finalement, après des tests rigoureux, le projet a été approuvé et, en 2024, nous verrons la LEXUS LC500 sur la route avec des pièces imprimées en 3D.

Un autre scénario dans lequel nous avons vu l’impression 3D dans les voitures électriques ou hybrides est lié à la célèbre marque d’hypercars Koenigsegg. Cette marque utilise des imprimantes 3D FDM et résine pour fabriquer des milliers de pièces. Le tout avec l’aide du logiciel 3DPrinterOS. Christian von Koenigsegg, fondateur et CEO de la marque, a déclaré à The Quail lors de la Monterey Car Week qu’ils fabriquent leur propre résine, mais qu’elle n’est pas ouverte à la vente au public. Il a ajouté : « Nous imprimons des boîtiers pour les contrôleurs électroniques, des buses pour la pulvérisation sous les bouches d’aération, des ailerons : ce genre de choses est imprimé à haute température. »

Avantages et défis de l’impression 3D pour les voitures électriques

Comme nous l’avons déjà mentionné, l’impression 3D pour les véhicules électriques est à son plus haut niveau depuis qu’elle a commencé à être introduite dans l’industrie automobile. De nombreuses entreprises utilisent ces technologies pour créer des prototypes, comme dans le cas de la nouvelle CUPRA, ou simplement pour concevoir des pièces pour leurs véhicules existants à moindre coût. Werner Tietz, directeur de l’ingénierie de CUPRA, explique : « L’impression 3D nous permet de créer des prototypes rapidement et à moindre coût, ce qui nous aide à accélérer le processus de développement« . En outre, pour les prototypes, le coût de production par fabrication additive est également nettement inférieur à celui des méthodes traditionnelles. Il en va de même pour les délais de fabrication : l’impression 3D offre des avantages dont on n’aurait jamais pu rêver avec les méthodes traditionnelles.

Il convient également de mentionner que de nombreuses marques utilisent le logiciel Snapdragon à la fois pour la conception de leurs véhicules et pour le fonctionnement de l’unité de contrôle du véhicule. Par exemple, MG Motors utilisera Snapdragon dans son nouveau modèle MG Coupé cette année pour contrôler les différentes fonctions du véhicule. Quant aux voitures d’essai, lorsqu’elles sont fabriquées en 3D, les coûts sont considérablement réduits, de sorte que les tester devient une tâche bien moins onéreuse. C’est le cas des voitures de Tesla, le constructeur ayant misé sur le liage de poudre.

La personnalisation est un autre avantage considérable que la fabrication additive apporte à l’industrie de la voiture électrique. Les possibilités offertes par les technologies 4.0 pour la création et la conception de véhicules électriques sont pratiquement infinies. C’est pourquoi plusieurs entreprises offrent déjà ces possibilités. Une marque dont nous avons beaucoup entendu parler est XEV, qui propose au public le modèle YOYO mentionné plus haut. Il s’agit d’une voiture qui, grâce à l’impression 3D, offre de multiples possibilités de personnalisation. Un autre exemple est le concept-car Toyota Ubox, qui promettait d’être une voiture personnalisable, mais le concept n’a pas encore été entièrement développé.

Malgré ses innombrables avantages, l’industrie de la fabrication additive automobile est confrontée à un certain nombre de défis qui entravent son évolution et son développement. Il s’agit notamment de la main-d’œuvre, car la conception et la production de pièces en 3D nécessitent des concepteurs CAO spécialisés dans l’automobile, ainsi que du personnel tel que des techniciens de machines. S’il est vrai qu’il y a actuellement une pénurie de professionnels formés dans ces deux domaines, de plus en plus de personnes étudient pour exercer ces professions.

Le vol de propriété intellectuelle est un autre obstacle majeur à la fabrication additive dans l’industrie des véhicules électriques. Il existe un certain nombre de lacunes juridiques qui font que la reproduction de pièces sans pouvoir revendiquer de brevets est devenue monnaie courante. Il y a une pénurie de lois protégeant les conceptions des créateurs du reste du monde, ce qui explique pourquoi de nombreuses marques et entreprises sont réticentes.

Ces deux défis font partie des nombreux défis auxquels les nouvelles technologies sont confrontées pour entrer sur le marché. Il existe des problèmes tels que la vitesse de production en masse de composants, des composants qui seraient produits plus rapidement par des méthodes traditionnelles. S’il est vrai que nous avons déjà parlé de la rapidité de création de pièces grâce à l’impression 3D, nous avons fait référence à de petites séries, de prototypes ou de pièces individuelles. Lorsqu’il s’agit de production de masse, les rôles sont inversés. La création de grandes pièces est également une mission pour laquelle la fabrication additive est encore très limitée.

Que nous réserve l’avenir ?

Nous avons parlé du passé et du présent des véhicules électriques imprimés en 3D. Mais quel est l’avenir de ce secteur ? Nous pouvons faire beaucoup de spéculations, mais si une chose est sûre, c’est qu’après la trajectoire que nous avons connue au cours de la dernière décennie, nous savons que le secteur va continuer à croître. D’autre part, il y a un certain nombre de projets confirmés par certaines marques pour 2024 qui impliquent des technologies de fabrication additive, comme Liux, Seat et Cupra.

Une autre entreprise qui espère également progresser dans ce domaine est la société allemande Volkswagen. Elle travaille actuellement à l’introduction de l’impression 3D dans ses voitures électriques. Parmi celles-ci, la version sportive et tout-terrain de son ID.4 GTX EV, appelée ID.4 XTREME, est une voiture électrique pour laquelle la fabrication additive joue un rôle majeur dans la conception de ses composants.

Parmi les marques mentionnées ci-dessus figure Liux. Il s’agit d’une marque espagnole qui vise à révolutionner l’industrie de la voiture électrique. Après des années de développement de différents projets visant à mettre plusieurs voitures sur le marché, il semble que le public ne tardera pas à pouvoir en profiter. Parmi les trois voitures possibles, la plus importante est la Liux Animal, une voiture électrique qui utilisera des matériaux durables tels que le lin et qui sera imprimée en 3D.

Nous ne savons pas encore ce que l’avenir nous réserve, mais ce qui est clair, c’est que ce que nous avons vu jusqu’à présent n’est que le début d’une nouvelle ère dans l’industrie automobile. Elon Musk, CEO de Tesla et SpaceX, a déclaré : « Les voitures imprimées en 3D constituent une étape importante vers un avenir plus durable et plus efficace pour l’industrie des transports. » Jim Hackett, CEO de Ford Motor Company, donne un autre exemple clair des avantages de l’impression 3D dans ce secteur : « Les voitures électriques imprimées en 3D ont le potentiel de révolutionner l’industrie automobile, en créant des véhicules plus légers, plus efficaces et plus durables. »

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