Usine Nissan de Saint-Pétersbourg: des pièces fabriquées sur une imprimante 3D (blanche sur la photo) sont utilisées pour fixer le couvercle du coffre. Photo: Vedomosti / NissanL'industrie automobile est l'une des premières industries où la technologie 3D a trouvé une application commerciale: en 1988, Ford a commencé à utiliser des imprimantes 3D pour imprimer des éléments prototypes individuels.
Aujourd'hui, ce secteur de l'économie tire le meilleur parti des réalisations des technologies additives et du scan 3D. L'impression tridimensionnelle est un moyen idéal pour créer des prototypes, des pièces et des assemblages fonctionnels, ainsi que des outils et des moules. Il permet d'économiser du temps et de l'argent aux stades du développement de produits et de la coulée, fournissant la fabrication de pièces géométriquement complexes avec des détails élevés. Les scanners 3D et les logiciels spécialisés à un nouveau niveau résolvent les problèmes
de contrôle de la géométrie et de rétro-ingénierie , réduisant le temps de production automobile, contribuant à améliorer la qualité des produits et à réduire le pourcentage de rejets.
Certains grands constructeurs automobiles ont déjà mis en place
une production en série sur des imprimantes 3D de composants pour leurs modèles classiques ou voitures personnalisées. Les leaders du marché investissent massivement dans la création de centres de technologie additive pour la production pilote. Par exemple, BMW a un tel centre - il produit plus de 100 000 composants par an, et en 2019, il est prévu d'ouvrir un autre grand complexe.
Le développement de la technologie d'impression 3D et le
développement de nouveaux matériaux aux propriétés physiques améliorées permettent également l'introduction d'idées radicalement nouvelles et innovantes. Ainsi, la technologie des pneus Michelin Air Vision Concept «sans air» avec la possibilité de changer le dessin de la bande de roulement en fonction des conditions météorologiques élimine les crevaisons, les problèmes de basse pression et autres risques de conduite.
Peut-être qu'une voiture entièrement imprimée sur une imprimante 3D est la réalité d'un avenir pas si lointain. Cependant, tout ce qui précède sont les réalisations des constructeurs automobiles occidentaux. Mais quelle est la situation et les perspectives de développement des technologies additives en Russie? Dans cet article, nous nous concentrerons sur les avantages de l'impression 3D, considérons l'utilisation de l'innovation sur le marché automobile national, ainsi que des exemples pratiques de mise en œuvre.
Comment l'impression 3D est utilisée dans l'industrie automobile
Les technologies additives résolvent efficacement les tâches suivantes de la production automobile:
Le prototypage permettra d'optimiser la production pour les entreprises qui fabriquent des voitures (mais pas pour l'assemblage de modèles finis), ainsi que pour les fabricants de composants automobiles fournis au convoyeur.
Grâce à l'optimisation topologique, le concepteur peut définir presque toutes les géométries nécessaires de la pièce et apporter des modifications de conception aux stades ultérieurs du développement. Le modèle 3D est transféré de la CAO vers une imprimante 3D, qui imprime rapidement des prototypes, des accessoires ou des
moules pour la coulée de produits . Cela réduit les coûts de production, le calendrier de développement du produit et son introduction sur le marché. En particulier, l'entreprise peut organiser la production rapide de composants, synchronisés avec la sortie de la voiture.
Grâce à l'impression 3D, l'usine Nissan de Saint-Pétersbourg a économisé plus d'un million de roubles en 2017 en ne commandant pas la production d'équipements externes
Les équipements et produits répondant aux caractéristiques de résistance nécessaires peuvent être fabriqués directement en usine, avec une seule imprimante 3D. Il imprimera divers articles selon la nomenclature, ce qui est impossible lors de l'utilisation de machines-outils et d'autres outils traditionnels.
Technologies principalement utilisées pour le prototypage:
L'outillage et les moules, qui sont imprimés à partir de plastique et de
résine photopolymère , seront plusieurs fois moins chers que ceux en métal.
Les produits fonctionnels peuvent également être fabriqués sur
des imprimantes 3D métalliques (par exemple, en utilisant la technologie SLM). L'impression 3D sur métal convient également aux petits lots, y compris la création de produits personnalisés. Les derniers développements dans le domaine des
poudres métalliques ont ouvert la voie à la fabrication de pièces plus légères, plus denses et dans certains cas plus durables. Grâce à l'optimisation topologique sur une imprimante 3D, il est possible de faire croître des composants de forme et de texture complexes (avec une structure cellulaire, des canaux internes, etc.), y compris tout en métal, qui étaient auparavant assemblés à partir de plusieurs éléments.
Expérience occidentale: chiffres et faits
L'équipe
Renault Sport Formula One a été l'une des premières à utiliser l'impression 3D pour le prototypage. Aujourd'hui, un petit groupe d'ingénieurs a la possibilité de produire des centaines de pièces par semaine pour les tests en soufflerie, de développer des pièces innovantes pour les tests et l'installation sur les boules de feu et d'accélérer généralement le processus de R&D. Grâce aux technologies SLA et SLS de 3D Systems, la fabrication de pièces automobiles complexes ne prend pas des semaines, mais seulement quelques heures.
BMW a été l' une des premières entreprises automobiles à imprimer un lot 3D de plusieurs milliers de pièces métalliques pour la BMW i8 Roadster. Le toit pliant souple de ce roadster a un composant en alliage d'aluminium fabriqué de manière additive avec un design bionique innovant qui répète les formes naturelles. Le nouveau produit a un degré de rigidité plus élevé que l'analogue, qui a été produit par moulage par injection, ainsi qu'un poids plus faible.
Steeda Autosports , le plus grand fabricant d'accessoires de Ford, utilise la technologie d'
impression 3D couleur pour prototyper une variété de composants, du capuchon de graisseur aux tuyaux moulés à froid. Résultat: le temps de mise sur le marché d'un produit est réduit de quelques semaines, et 3 000 $ sont économisés sur chaque produit en réduisant les coûts d'usinage et de création de moules.
Michelin produit sur des imprimantes 3D métalliques un insert dans le moule pour le séparateur de lamelles - les éléments de pneu les plus usés. Le choix d'une nouvelle technologie, au lieu de l'emboutissage et du fraisage utilisés précédemment, est dû à la structure fine du métal, à une meilleure conductivité thermique et, par conséquent, à une usure moindre.
La Russie attend-elle un boom des technologies additives?
À la fin de l'été et au début de l'automne 2018, plusieurs événements internationaux majeurs de l'industrie automobile ont eu lieu à Moscou. Tout d'abord, c'est le salon de l'automobile de Moscou, où nous avons assisté à de nombreux développements nationaux prometteurs. L'attention générale a été attirée sur la famille Aurus de voitures de fonction et haut de gamme (le projet Cortege) et la nouveauté VAZ, qui a clôturé son programme «classique» et a montré la Vesta, la Grant mise à jour, ainsi que le concept du nouveau Niva 4x4. Yandex continue de promouvoir avec succès son projet de voitures sans pilote, et les visiteurs du concessionnaire automobile pourraient faire un taxi passionnant sans chauffeur. Mais le développement le plus discuté de la saison a peut-être été le concept de voiture électrique CV-1 dans le cas de l'ancien Moscovite, présenté par Kalachnikov lors du forum militaro-technique de l'armée 2018. On peut affirmer que l'industrie automobile russe évolue lentement mais sûrement dans une direction mondiale.
Le pic des ventes sur le marché automobile russe a chuté en 2012, puis une récession a commencé, qui n'a pas encore été surmontée. La
stratégie de développement automobile pour 2018-2025 , élaborée par le gouvernement de la Fédération de Russie, est appelée à améliorer la situation. Il définit clairement les tâches prioritaires de l'industrie - augmenter la production de ses propres modèles de voitures et de composants automobiles de haute qualité, ainsi que l'établissement de relations entre les fabricants de composants automobiles. De plus, la localisation devrait être d'au moins 70%.
Nouveau au salon de Moscou: Aurus "Sénat" - Russian Executive CarSi dans les années 90 la Russie ne produisait pratiquement pas de voitures, achetant des voitures d'occasion au Japon ou en Allemagne, alors au début des années 2000, il y avait déjà 15 grandes usines automobiles dans le pays. Il est clair qu'avec une localisation réelle de 50 à 70%, une part importante de la valeur ajoutée des pièces est créée à l'étranger (elles sont livrées et assemblées sur une chaîne de montage en Russie), mais aujourd'hui nous fournissons pleinement notre marché domestique. Les modèles les plus populaires - tels que Solaris, Polo, Rapid - sont produits en Russie.
Selon la stratégie du gouvernement, le pourcentage du budget des entreprises, qui est consacré aux innovations et aux nouveaux développements, est désormais d'environ 15%. L'objectif est de porter cet indicateur à un chiffre global de 25 à 30%, ce qui ouvre de bonnes perspectives pour l'introduction des technologies 3D dans l'industrie automobile russe.
Pour les constructeurs automobiles nationaux, la direction additive est encore un territoire presque sous-développé, il y a donc très peu d'informations sur l'utilisation des technologies 3D. Le
journal Vedomosti rapporte que
le groupe GAZ , selon son représentant, utilise l'impression 3D pour prototyper des pièces de machines. Selon le
site officiel du territoire de l'Altaï ,
KamAZ Corporation a reçu cette année deux imprimantes 3D uniques de fabrication russe. Ces usines impriment des moules à sable de haute précision pour la coulée d'acier.
Parlant de constructeurs étrangers en Russie, nous donnons un exemple de l'alliance
Renault-Nissan : il a commencé l'introduction des technologies additives de ses manufactures ouest-européennes, c'est maintenant au tour de la Russie. À l'usine Nissan de Saint-Pétersbourg, les imprimantes 3D impriment des prototypes et des accessoires, ainsi que des appareils pour calibrer les portes, les phares et les capteurs. Cela a permis à l'entreprise d'économiser plus d'un million de roubles en 2017 en ne commandant pas la fabrication d'équipements externes. À Moscou, Renault utilise des imprimantes 3D pour fabriquer des éléments de protection pour les outils utilisés.
Potentiel d'impression 3D pour le marché automobile
Les modèles de fonderie brûlés imprimés en 3D permettent à Renault Formula One de produire rapidement de grandes pièces métalliques d'une grande complexitéAinsi, l'impression 3D permet aux fabricants d'automobiles et de composants automobiles de bénéficier d'un certain nombre d'avantages:
- réduction du temps au stade du développement du produit et de la coulée ;
- économie de temps et d'argent pour la fabrication d'outils et de moules;
- refus des services des équipementiers;
- mener des expériences technologiques et des tests fonctionnels;
- création de produits géométriquement complexes avec de petits détails qui ne peuvent pas être fabriqués par des méthodes traditionnelles;
- réduction du poids de la pièce et économie des matériaux utilisés grâce à l' optimisation topologique ;
- Accélérer le lancement d'un nouveau produit ou d'une série exclusive sur le marché.
Avec une concurrence de plus en plus féroce, la question de l'innovation devient de plus en plus aiguë. Partout dans le monde, un nombre croissant de constructeurs automobiles ont réalisé les avantages de la technologie 3D pour optimiser le processus de fabrication. Comme nous l'avons vu, des méthodes additives ont été introduites relativement récemment dans l'industrie automobile russe et ne sont utilisées que dans quelques grandes entreprises de géants automobiles russes ou étrangers.
Dans les réalités russes d'aujourd'hui, l'introduction de la production additive se heurte à de nombreux obstacles, parmi lesquels l'automatisation insuffisante de nombreuses usines et le manque de financement. Les technologies d'impression 3D telles que
la fusion laser sélective ne nous sont pas encore disponibles en raison du coût élevé des équipements et des matériaux. Aujourd'hui, la solution optimale qui bénéficiera au fabricant et sera payante en temps réel est d'acheter une imprimante 3D pour produire des prototypes et accessoires en plastique (sans avoir besoin de la commander auprès de fournisseurs).
La stratégie du gouvernement pour le développement de l'industrie automobile pour 2018-2025 laisse espérer que le processus de mise en œuvre de l'impression 3D ira plus vite et prendra une ampleur considérable.