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Impression 3D SLA dans l'industrie automobile

Créer du temps: 01/09/2019

Impression 3D SLA dans l'industrie automobile Ces dernières années, de plus en plus de constructeurs automobiles ont eu recours à l'impression 3D pour le prototypage et même pour les pièces finales. Les géants de l'industrie tels que BMW, Lamborghini et Jaguar Land Rover ont tous fait partie de cette nouvelle tendance, produisant des concepts de design, des prototypes fonctionnels et des pièces finies de manière flexible et entièrement interne. Cela convient non seulement aux concepteurs et au processus de R & D dans son ensemble, mais permet également de réduire considérablement les coûts et d'accélérer la mise sur le marché de nouveaux modèles. Chez ProtoFab, nous travaillons avec un certain nombre de fabricants dans ce domaine et avons une vaste expérience du prototypage automobile. Parmi les fabricants avec lesquels nous avons collaboré se trouve Great Wall Motors, le plus grand producteur de VUS et de camionnettes en Chine. Examinons en détail comment nous avons travaillé avec Great Wall pour produire des prototypes de leur dernier modèle.

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

Sélection de SUV de Great Wall Motors

Great Wall n'est peut-être pas l'une des marques les plus reconnaissables pour les consommateurs occidentaux, mais ne doutez pas de leur envergure. Dès 1998, Great Wall était déjà établi comme le plus grand producteur de camionnettes en Chine et sa position sur le marché ne faisait que se renforcer depuis. Dans les années 2000, ils se sont tournés de plus en plus vers les SUV et le modèle Havel H6 de la société est le SUV le plus vendu en Chine. Compte tenu de la taille énorme du marché chinois, cela en fait l'un des plus grands constructeurs automobiles au monde et, ces dernières années, ils se sont développés à l'étranger. Leurs ramassages ont été populaires en Australie et les ventes des Européens augmentent d'année en année.

En 2017, Great Wall a lancé WEY, une marque haut de gamme distincte axée sur les VUS compacts. C'est le projet auquel nous participons récemment.

3D Printing car model

ProtoFab a joué un rôle important dans le développement du WEY VV7 par Great Wall en 2015 et 2016

Nous avons commencé à travailler avec Great Wall en 2007 et proposons depuis des services d’usinage CNC et d’impression 3D. L'innovation et la flexibilité deviennent de plus en plus importantes dans l'ensemble de la fabrication, et c'est certainement le cas dans l'industrie automobile. Pour cette raison, Great Wall utilise de plus en plus des techniques de fabrication additives flexibles plutôt que des techniques plus traditionnelles telles que l'usinage CNC.
Impression 3D tout au long du cycle de production

Le cycle de vie d'une pièce automobile comprend trois étapes: la recherche et développement, la production et l'utilisation finale, et l'impression 3D peut jouer un rôle dans chacune de ces étapes. Examinons certaines des méthodes utilisées par les fabricants comme Great Wall pour imprimer en 3D.

Évaluation des concepts de design: le design est l’un des principaux moyens par lesquels les marques de voitures se distinguent. Il est donc essentiel pour le succès du style de son véhicule. De nos jours, de nombreux modèles de marques différentes sont assez similaires sous la carrosserie, mais se disputent des caractéristiques démographiques totalement différentes en raison du style différent. Il est important que les concepteurs puissent expérimenter avec une variété d'idées et cibler le meilleur chemin possible par essais et erreurs, sans avoir à confirmer l'orientation de la conception dès le début du processus. Si la création de modèles conceptuels est coûteuse et prend beaucoup de temps, les équipes de conception s’orienteront davantage vers des conceptions conservatrices ou, du moins, ne seront pas aussi disposées à expérimenter diverses options. L’impression 3D permet de créer des prototypes de conception rapidement, facilement et à faible coût, ce qui permet aux équipes de conception d’explorer une gamme de solutions beaucoup plus large.

Tests de conception: la conception ne concerne pas seulement l’esthétique, mais également la performance et les aspects pratiques. Lors du développement d'un nouveau véhicule, il est important de veiller à ce que la conception de chaque composant soit solide en termes de résistance structurelle, de compatibilité avec les autres composants et de faisabilité globale. Sans la possibilité de produire des prototypes fonctionnels rapidement et facilement, certaines décisions de conception clés devront être intégrées très tôt dans le processus sans être correctement testées. Cela augmente considérablement le risque d'erreurs et de problèmes de qualité plus tard. Les prototypes fonctionnels imprimés en 3D qui peuvent être produits et modifiés rapidement représentent plus qu'un cycle de développement plus rapide et plus pratique, mais conduisent également à un produit final meilleur et plus sûr.

Pièces à structures complexes: l'impression 3D prend tout son sens lorsque des structures complexes sont impliquées. Cela est vrai à la fois pour les prototypes et pour les pièces finales. L’impression 3D permet aux concepteurs d’exploiter pleinement leur imagination et de ne pas se laisser contraindre par les limites de la fabrication des pièces. Non seulement l’impression 3D élargit considérablement les possibilités de ce qui peut être fait, mais elle rend également les pièces complexes moins chères, plus faciles et plus rapides à produire.

Pièces utilisant plus d'un matériau: lors du développement d'un véhicule à la pointe de la technologie, il est inévitable que certains composants doivent utiliser plusieurs matériaux. Cela peut être une combinaison de caoutchouc et de plastique, un mélange de matériaux de différentes couleurs ou un mélange de matériaux transparents et opaques. De tels cas sont courants dans la fabrication automobile et nous les rencontrons régulièrement. Par rapport aux techniques traditionnelles telles que le moulage par injection bicolore, l’impression 3D présente plusieurs avantages évidents. Celles-ci incluent des pièces plus solides et plus fiables et l’évitement des coûts de moulage élevés.

Pièces légères: la réduction du poids est devenue de plus en plus importante dans l'industrie automobile, les constructeurs recherchant une efficacité toujours plus grande. Avec la technologie d'impression 3D, il est possible de fabriquer des pièces structurelles légères et creuses au lieu de recourir à la technologie du remplissage en mousse ou de la technologie mucell. Pour illustrer à quel point l'impression 3D peut faire gagner du poids, un siège d'auto imprimé en 3D produit par Toyota était 72% plus léger qu'un siège traditionnel.

Impression d'outils spécialisés: l'impression 3D n'est pas seulement utile pour la production de composants et de prototypes, elle convient également à la création d'outils à usage spécifique pouvant être utilisés ailleurs dans le processus de fabrication. Ceux-ci peuvent inclure des outils de mesure de précision, ainsi que des moulages et des moules.

Après modification du marché: La modification des voitures est une activité très importante et il ne manque pas de gens, en particulier de jeunes, qui cherchent à se distinguer de la foule par la personnalisation. L’impression 3D est parfaite pour cela, car elle permet de produire des pièces vraiment uniques à un coût relativement bas, par exemple des spoilers de remplacement, des séparateurs avant ou des panneaux de tableau de bord intérieurs.

Vous trouverez ci-dessous des exemples de pièces automobiles que nous avons produites pour Great Wall Motors:

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
Panneau de porte et haut-parleur avant gauche imprimés en 3D par le ProtoFab SLA600 avec la résine Formula W

Detail of the 3d printed Door panel
Détail du panneau de porte

3d structure
Une structure de grille complexe que nous avons imprimée

SLA Vs. CNC

SLA Vs. CNC
Dimensionnellement, les deux parties étaient essentiellement identiques

Lors du développement d’une nouvelle pièce ou d’un nouveau produit, l’impression 3D et la commande numérique par ordinateur méritent certainement d’être examinées. Il existe des situations dans lesquelles une technique est plus appropriée que l’autre. Alors, quels sont les facteurs que nous devrions rechercher pour décider lequel choisir?

CNC idéal pour la production à grande échelle

Si nous ne tenons compte que des tolérances et de la qualité de la finition, la CNC est le choix évident. L’impression SLA 3D n’est certes pas inexacte, mais elle ne peut pas rivaliser avec l’usinage CNC pour obtenir des surfaces lisses. De plus, si vous avez besoin de produire un grand nombre de pièces, et pas seulement un ou deux prototypes, la CNC est définitivement la voie à suivre, en particulier si la pièce est simple en structure. Un autre avantage de l'usinage CNC réside dans les matériaux. Vous pouvez usiner sur presque n'importe quel matériau, y compris le bois, le métal et les plastiques, tandis que l'impression 3D SLA se limite à l'utilisation de résine photosensible. Cela peut être formulé pour imiter divers thermoplastiques populaires, mais la CNC conservera toujours l'avantage à cet égard.

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
Le processus CNC est en désordre et inefficace, dans ce cas, il faut usiner 25 pièces distinctes, puis les coller ensemble.

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
Toutes les pièces de la partie CNC attendent d'être collées.

SLA flexible et efficace


Toutefois, lorsque la structure des pièces est complexe et que seul un petit nombre est requis, l’impression 3D est une solution beaucoup plus efficace. Pour mieux illustrer les avantages de l'impression 3D pour l'industrie automobile, prenons l'exemple spécifique d'un prototype de capot de protection que nous avons créé pour Great Wall Motors. Nous avons décidé de produire la même pièce en utilisant l’impression SLA 3D et l’usinage CNC, et les résultats ont été extrêmement intéressants. Nous avons constaté que l'impression 3D était nettement meilleure dans presque tous les domaines.

Par exemple, la pièce imprimée en 3D peut être imprimée en une seule pièce, alors que la pièce usinée par commande numérique doit être produite en plusieurs pièces, puis collée ensemble. Cela nécessitait beaucoup plus de main-d'œuvre et trois machines devaient être utilisées pour produire les 25 sections. Tant de sections étaient nécessaires parce que la tête de l'outil dans l'usinage CNC est extrêmement limitée dans son mouvement et que des formes plus complexes sont impossibles à produire. De plus, la dernière pièce de la CNC pesait moins de 1 kg, mais avait été découpée dans un bloc de 27 kg de matériau, ce qui représente un niveau de perte incroyable. Pour la partie imprimée en 3D, il y avait très peu de gaspillage de résine et globalement, la pièce était beaucoup moins chère à produire.

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
Cette couverture de moteur imprimée en 3D a été produite en une seule pièce.

Le temps d'impression réel de l'imprimante SLA était similaire à celui de l'usinage CNC, mais dans l'ensemble, le processus CNC était beaucoup plus lent. En effet, l’usinage à commande numérique a nécessité 10 heures de préparation, dont 4 heures d’analyse et 6 heures de configuration. Cela se compare à quelques heures de préparation pour l'imprimante 3D. La pièce CNC nécessite également beaucoup plus de post-traitement car elle est produite en plusieurs sections, tandis que la pièce imprimée en 3D ne nécessite que le lavage et le ponçage standard.


Une heure supplémentaire de collage était nécessaire pour CNC

An extra hour of gluing was required for CNC
Tout le collage supplémentaire a affecté la finition

Dans l’ensemble, l’impression 3D s’est révélée plus flexible, plus rapide, plus efficace, moins chère et moins laborieuse. Par rapport à l'impression 3D, les inconvénients de l'usinage CNC sont particulièrement évidents, en particulier son inefficacité générale et son manque de flexibilité.

the 3D printed part had a nice clean finish
En revanche, la partie imprimée en 3D avait une belle finition nette

Comparaison des deux techniques:

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
La dernière partie du WEY VV7c

L'impression 3D et l'avenir de l'industrie automobile

Notre coopération avec Great Wall Motors a permis de démontrer l’utilité de l’impression 3D dans le secteur automobile et nous sommes confiants que la fabrication additive continuera de remplacer les techniques de fabrication traditionnelles. Bien que l’usinage numérique soit encore meilleur pour la production en série et certaines pièces fonctionnelles, l’impression 3D présente de nombreux autres avantages qu’il est dans la plupart des cas simple d’utiliser l’impression 3D. Great Wall a pu obtenir les prototypes dont ils avaient besoin beaucoup plus rapidement et à un coût bien inférieur par rapport aux méthodes traditionnelles, tout en bénéficiant d'une flexibilité considérablement améliorée tout au long de la phase de développement. Grâce à ces avantages, il est clair que l’impression 3D sera au cœur de l’industrie automobile.

3D Printers
Le prototypage SLA 3D est plus facile avec notre sélection d'équipements et de matériaux d'impression

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