Le poids d’un véhicule réduit de 40%, Efficacité énergétique accrue

La fabrication additive pourles Applications Automobiles.

L'impression 3D pour les applications automobiles permet aux entreprises de personnaliser les designs et d'améliorer constamment les pièces en les prototypant. Ces pièces détachées de véhicule imprimées en 3D peuvent être produites dans un laps de temps relativement court.

En conséquence, la fabrication additive est utilisée pour répondre à la demande en constante évolution des clients, ce qui permet de se différencier de la concurrence dans l'industrie automobile.
La fabrication additive et l'impression en 3D ne sont pas encore généralisées dans l'industrie automobile. C'est pour cela qu’il est important que les ingénieurs du futur, les étudiants en automobile, expérimentent les possibilités de l'impression 3D au cours de leurs études.

Engineer Developing Energy Efficient Vehcile with 3D Printed Parts
The technical vehicle inspection at the Shell Eco-marathon
Energy efficient car with 3D printed parts

HAN Hydromotive: Conception,Construction et Test

L’équipe de HAN Hydromotive est une équipe d’étudiants de l’Université des sciences appliquées HAN aux Pays-Bas, qui étudie l’automobile. Tout a commencé en 2009, après un projet scolaire appelé HAN Éco-marathon, un groupe d'élèves enthousiastes a lancé l'équipe HAN Hydromotive pour participer à l’Éco-marathon de Shell. L’Éco-marathon de Shell met au défi des équipes d’élèves du monde entier de concevoir, de construire et de tester des véhicules à très basse consommation énergétique. L'objectif est de couvrir un nombre x de mètres dans un délai spécifié et d'utiliser le moins d'énergie possible.

Internaliser l’impression 3D dans l'automobile

Depuis 2010, plusieurs équipes d'étudiants multidisciplinaires ont construit des véhicules extraordinaires à l'Université HAN. Les techniques ont été améliorées au fil des années et d'autres études approfondies ont été menées pour construire le véhicule optimal pour l’Éco-marathon de Shell. De nouvelles technologies ont également émergées pour optimiser davantage le processus de développement, comme l’impression en 3D. En 2015, l'Université a investi dans une imprimante Tractus3D FDM (Fused Deposition Modeling : Modélisation par Dépôt en Fusion) permettant à l'équipe de prototyper et de tester des pièces automobiles particulières.

Hein Lucassen, ingénieur Freins & Suspension chez HAN Hydromotive, explique : "Nous avons choisi de produire en interne les pièces du véhicule avec une imprimante 3D, car nous pouvons ainsi gérer nous-mêmes le processus, sans dépendre d’une organisation externe. Nous créons un croquis dans SolidWorks logiciel de conception 3D CAO – conception assistée par ordinateur) et le convertissons en un fichier STL (Fichier de stéréolithographie). Nous pouvons ensuite le préparer pour la fabrication additive dans le logiciel d'impression 3D. Ce logiciel nous permet d’ajuster le niveau de remplissage de l’objet. Dans certains cas, nous utilisons un faible niveau de remplissage pour réduire la durée du travail d'impression et produire des pièces extrêmement légères, telles que des boîtes et des plateaux. Si nous avons besoin de produits vraiment robustes, nous augmentons le niveau de remplissage, ce qui rend le produit rigide et plus fort. Si nous devions faire appel à une entreprise externe pour créer une pièce complexe, cela prendrait beaucoup de temps. Avec l’imprimante 3D installée sur notre site, nous produisons la pièce rapidement."

Développer la voiture citadine du futur avec une imprimante 3D

Dans la classe UrbanConcept de l’Éco-marathon de Shell, HAN Hydromotive développe la citadine du futur, qui peut être conduite légalement dans les espaces publics. Cela implique un certain nombre de défis techniques comme l’utilisation d’un essuie-glace, de feux et de s’assurer de plusieurs mesures de sécurité. La carrosserie se doit de protéger tous les éléments du véhicule. Un caisson de passage de roue est obligatoire et il doit y avoir un toit permanent sur le véhicule ainsi que 4 roues. De plus, la voiture doit satisfaire à une norme standard concernant les bagages. Par exemple cela doit être facile d’emmener un ordinateur portable. Une imprimante 3D a été utilisée pour produire et effectuer des tests lors du développement de ces différentes pièces.

Des pièces détachées de véhicule imprimées en 3D utilisées comme produit final

L’équipe HAN Hydromotive a imprimé divers objets en 3D à ajouter au véhicule afin que le poids total reste bas, par exemple des plateaux pour stocker les cartes de circuit imprimé (PCB) dans le véhicule et d’autres boîtiers pour l’électronique. Ils ont également des bouchons imprimés en 3D pour le recouvrement des points de masse et des pinces qui leur permettent de guider les câbles électroniques. D'autres pièces automobiles imprimées en 3D sont utilisées dans le capteur de frein.

Des pièces de véhicule imprimées en 3D utilisées comme prototypes

Grâce à l’impression 3D, l’équipe automobile est en mesure de vérifier l’adéquation d’un prototype, par exemple les étriers et le volant, avant d’envoyer la conception à un fabricant. Il est utile d’imprimer des produits en 3D pour les tester et vérifier leur compatibilité, en s’assurant que leur conception est bonne. De cette façon, ils réduisent le temps de production et le taux d'échec, en éliminant le risque de commander un produit mal configuré à une entreprise externe.

Diminution des coûts

HAN Hydromotive a réalisé d'importantes économies grâce à l'utilisation de l'imprimante 3D. « Au lieu d’acheter des pièces détachées, nous pouvons les imprimer nous-mêmes en 3D. Les coûts de matériel pour une seule impression sont inférieurs à 1 euro, alors qu’acheter des pièces détachées coûterait des dizaines d’euros. Investir dans une imprimante 3D est une solution peu coûteuse surtout en ce qui concerne les conceptions personnalisées », déclare Lucassen.

Développements accélérés

HAN Hydromotive a également accéléré le temps de développement de la voiture. L'équipe est en mesure créer les pièces automobiles plus rapidement, car elle ne dépend pas d'autres personnes ou d’autres entreprises. Quand une conception est prête, ils peuvent la fabriquer immédiatement en l’imprimant en 3D. Lorsque les pièces détachées imprimées en 3D ne répondent pas à leurs attentes, ils peuvent modifier le design et réimprimer les objets dans un court laps de temps.

Hein Lucassen explique : « L’avantage de l’impression 3D est que nous sommes capables de produire des pièces détachées imprimées en 3D en peu de temps et de facilement créer des solutions personnalisées. Les pièces automobiles qui ne sont pas des produits standard sont difficiles à trouver chez un grossiste. Grâce à notre imprimante 3D, nous n’avons pas à nous en préoccuper et nous pouvons créer les pièces nous-mêmes. Nous utilisons principalement des filaments de PLA et d'ABS avec ces deux filaments, nous pouvons fabriquer des produits qui répondent à nos exigences. L’ABS est par exemple utilisé à proximité des éléments électroniques en raison de sa solidité et de sa résistance à la chaleur. »

La fabrication additive fournit la solution

La carrosserie a été initialement conçue dans SolidWorks l’année dernière, mais a finalement été créée sur un moule en blocs de mousse de polystyrène. Comme le polystyrène a été poncé à la main, la carrosserie ne correspondait plus exactement à la conception dans SolidWorks. Cela a entraîné des problèmes lors de l'impression d'un modèle de l'étrier de frein. Dans SolidWorks, ils étaient parfaitement adaptés, mais pas dans la réalité. Il était donc important d'adapter le croquis de l'étrier et de le réimprimer en 3D. Ce problème a été rapidement résolu grâce à l’impression 3D.

L’impression en 3D a amélioré la voiture à bien des égards

"La voiture est principalement améliorée en termes de simplicité, notamment parce que nous pouvons ajuster les pièces à nos propres préférences. Par exemple, nous avons placé l’affichage de données en temps réel pour le pilote à l’emplacement idéal. Dans ce cas, nous n’avons pas à passer beaucoup de temps à chercher des entretoises ou d’autres solutions moins pratiques. En outre, le poids du véhicule a également été réduit grâce à l'utilisation de la technologie d'impression 3D, cela a été pensé au cours du développement et a été réalisable grâce à l'utilisation de pièces légères imprimées en 3D. Nous avons réduit le poids de 40% par rapport à la voiture de 2015. De ce fait, le véhicule est plus efficace et peut parcourir une distance plus longue en consommant moins de carburant ’’, explique Hein Lucassen.

Engineer working with 3D printed car parts

Avantages

  • Développer des idées rapidement et facilement
  • Fabriquer des pièces complexes à moindre coût
  • Ne pas être dépendant d’autres entreprises pour les pièces détachées
  • Les pièces de véhicule imprimées en 3D peuvent être mises en œuvre juste après leur conception, ce qui réduit le temps de développement
Blue 3D Printed Electronic Enclosures
3D printed electronic enclosures
White 3D Printed Display Enclosure and Mount
3D printed display enclosure and mount

Succès de la voiture éco-énergétique

Les étudiants de l’équipe HAN Hydromotive peuvent réaliser un prototype plus rapidement et plus facilement grâce à l’imprimante 3D. Ils peuvent modifier leur conception, l’imprimer et la tester, jusqu’à obtenir les pièces parfaites imprimées en 3D. La fabrication additive est également moins chère et plus légère que, par exemple, le même type de processus lorsque l'on travaille sur de l'acier. Le véhicule Arval Inspire II a été développé en 3D et entièrement construit à partir de composites. Lors de sa construction en 2015, un certain nombre d'objectifs ont été pris en compte. L'un de ces objectifs était de faire en sorte que le Arval Inspire II puisse être utilisé légalement sur la route. Avec une consommation de 1l/510 km, l’équipe a prouvé qu’il était possible de produire une voiture extrêmement économique pour les routes néerlandaises.

Car with 3D printed parts driving on a race circuit

Consommation de 1l/570 km

En 2016, HAN Hydromotive a présenté son troisième véhicule, l'ABN AMRO Lease Accelerator. Le but de la création de ce véhicule est de gagner l’Éco-marathon de Shell. La première année, ils ont atteint une consommation de 1l/570 km. L'équipe compte 15 étudiants qui travaillent dur pour améliorer et développer davantage le véhicule. Selon Kevin Bonke, chef d’équipe, ils ont fabriqué un véhicule léger et aérodynamique qui contient de nombreuses nouvelles technologies.

Group photo of the HAN Hydromotive team participating at the Shell Eco-marathon

Nouveau record d’efficacité?

L’objectif de l’Éco-marathon de Shell est de parcourir un nombre x de mètres dans un certain délai tout en utilisant le moins d’énergie possible. Comme décrit, le résultat remarquable de 570 kilomètres au litre a été atteint l’année dernière. C'était un record personnel pour HAN Hydromotive. En 2018, l'équipe visait un résultat encore plus remarquable : parcourir plus de 700 km avec 1 litre de carburant. Malheureusement, à cause de problèmes mécaniques, ils n’ont pas réussi à terminer le marathon.

Engineer testing the energy efficient vehicle

Utiliser une imprimante Tractus3D

Les imprimantes Tractus3D offrent plusieurs avantages pour l'industrie automobile. Hein Lucassen explique:"Nous avons pris la décision d’investir dans une imprimante 3D de Tractus3D, car celle-ci imprime en haute résolution et est dotée d’une large chambre de fabrication, y compris une plate-forme chauffée. Cela permet aux étudiants d’imprimer des pièces détachées de véhicule en 3D avec, par exemple, des matériaux comme l’ABS et le PLA. En 2015, nous avons commencé à utiliser l'imprimante 3D et depuis nous travaillons avec grand plaisir avec cet outil. L’imprimante est précise, rapide, fiable et permet d’utiliser de nombreux matériaux. De plus, la buse de la tête d’impression et le lit chauffant arrivent rapidement à la température souhaitée. Nous ne perdons donc pas beaucoup de temps à attendre."