L'impression 3D accélère la recherche et développement

Que l'impression 3D aide les constructeurs automobiles à développer et tester de nouvelles idées, ce n'est plus une surprise aujourd'hui. Ce qui peut surprendre, en revanche, c'est que Škoda Auto utilise cette technologie depuis près de trois décennies. Dès 1997, une installation d'impression 3D a été établie au sein du département de développement de l'entreprise. « À cette époque, nous envoyions même des retours d'expérience directement aux fabricants d'imprimantes 3D eux-mêmes, si bien que l'entreprise a réellement contribué à l'avancement de l'ensemble de cette technologie », explique Florian Weymar, responsable du développement automobile complexe.

Florian Weymar, Responsable de l'intégration, de la vérification et de la validation de l'ensemble du véhicule

Aujourd'hui, Škoda Auto exploite un centre dédié équipé de 14 imprimantes 3D industrielles et de deux machines plus petites similaires à celles utilisées par les amateurs. « Nous utilisons quatre technologies d'impression différentes au total. Au début, nous ne pouvions imprimer que des composants jusqu'à 30 centimètres de long ; aujourd'hui, nous pouvons produire des pièces jusqu'à un mètre de long », explique Martin Sova, coordinateur du Centre de compétences en impression 3D du Développement technique.

L'objectif du Centre d'impression 3D est d'accélérer et de simplifier le développement de nouveaux véhicules et composants. Škoda Auto produit en interne des prototypes de pièces qui seraient normalement plus compliquées et couteuses à produire, ou devraient être sous-traitées à des fournisseurs externes. « L'utilisation de l'impression 3D nous fait économiser un temps considérable. Et comme toutes les données restent au sein de l'entreprise, cette approche offre également une confidentialité renforcée », souligne Sova, mettant en avant les avantages de cette technologie. Les modèles imprimés en 3D peuvent également être recyclés.

Les composants petits et simples peuvent être préparés pour le Développement technique presque immédiatement, tandis que la production et l'impression de pièces plus complexes, comme de grandes sections de pare-chocs, prennent environ trois à cinq jours, selon leur complexité. Même ce délai est nettement plus rapide que la sous-traitance à un fournisseur. « La flexibilité est un autre avantage. Si des modifications sont introduites pendant la phase de préparation, nous pouvons les mettre en œuvre facilement et rapidement », explique Sova.

Les équipements du centre fonctionnent pratiquement 24 heures sur 24. Selon Sova, les plus grandes imprimantes, qui utilisent la technologie FDM (modélisation par dépôt de fil fondu), tournent environ 7 500 heures par an — soit l'équivalent de 312,5 jours — avec des temps d'arrêt uniquement lors de la maintenance, de l'entretien ou des congés d'entreprise.

Chaque année, le Centre d'impression 3D produit environ 15 000 pièces — certaines très petites, d'autres jusqu'à un mètre de taille. « Par exemple, nous imprimons des pare-chocs en plusieurs sections, puis nous les assemblons », précise Sova. Certaines pièces sont utilisées dans leur état brut non fini, mais beaucoup subissent un post-traitement, notamment la peinture et la finition effectuées par d'autres départements comme l'atelier de maquettes ou l'atelier de prototypes.

Pas des imprimantes 3D ordinaires

Les imprimantes utilisées au Centre de compétences en impression 3D sont des machines industrielles professionnelles, bien au-delà de celles connues des amateurs. Cependant, le centre dispose également de quelques imprimantes plus petites pour les tâches ponctuelles, utilisées lorsque les employés du développement doivent imprimer des pièces plus petites pour les tests. « Les travaux d'impression pour les 16 imprimantes industrielles sont attribués par l'équipe du Centre de compétences. Les développeurs fournissent les données 3D, qui sont ensuite préparées pour l'imprimante et la technologie spécifiques. Le centre sert également de conseil technologique. Dans la mesure du possible, plusieurs pièces sont imprimées simultanément pour maximiser l'efficacité », explique le Dr Florian Weymar.

Chacune des quatre technologies utilisées dans le centre répond à des objectifs différents. La plus couramment utilisée est la modélisation par dépôt de fil fondu (FDM) — la méthode d'impression classique à base de filament également connue dans l'usage domestique, mais à une échelle beaucoup plus grande. Ces imprimantes peuvent traiter des pièces jusqu'à un mètre de taille, qui sont souvent traitées davantage ou assemblées en ensembles plus grands. La méthode est utilisée pour produire des modèles et des pièces prototypes pour les tests aérodynamiques, la vérification du design et les essais d'installation.

Lorsque les pièces doivent répondre à des exigences fonctionnelles plus strictes — par exemple, lorsque les composants doivent s'emboîter exactement comme dans le modèle de production final — la technologie Multi Jet Fusion est utilisée. Elle offre une résolution plus élevée, ce qui signifie une stratification presque invisible, et procure des propriétés mécaniques supérieures.

Le centre utilise également la technologie PolyJet, qui sert à produire des modèles d'exposition pour l'évaluation du design, et la stéréolithographie (SLA), qui emploie la lumière pour durcir des couches de résine. Les méthodes SLA et PolyJet permettent toutes deux l'utilisation de différents matériaux, ce qui est utile pour produire des pièces à deux composants.

Modélisation par dépôt de fil fondu (FDM)

• Utilise un filament (thermoplastiques tels que l’ABS) que l’imprimante dépose couche par couche à travers des buses lors de l’impression 3D.
• Volume d’impression : 914 × 610 × 914 mm
• Résolution : 0,254 à 0,3302 mm
• Applications : pièces pour différents modèles (aérodynamique, design, etc.), concepts et pièces de prototypes

Stéréolithographie (SLA)

• La plateforme de fabrication est immergée dans une cuve de polymère liquide, et un laser polymérise les différentes couches du matériau. Cette technologie permet d’obtenir des détails très fins et des surfaces extrêmement lisses. Le modèle doit ensuite être lavé et post-polymérisé.
• Volume d’impression : 336 × 200 × 300 mm
• Résolution : 0,02 à 0,1 mm
• Applications : modèles DEF, FKM et DKM, concepts stylistiques, modèles de test

Fusion Multi Jet (MJF)

• Les différentes couches du modèle sont formées par fusion d’une poudre plastique (thermoplastique) à l’aide d’un agent liant activé par des lampes infrarouges. Cette technologie offre des avantages en termes de rapidité et de haute qualité de surface des pièces.
• Volume d’impression : 380 × 284 × 350 mm
• Résolution : 0,08 mm
• Applications : pièces pour différents modèles (aérodynamique, design, etc.), concepts et pièces de prototypes

PolyJet

• Le modèle est créé par projection d’un photopolymère liquide, ensuite polymérisé à l’aide de lumière UV.
• Volume d’impression : 490 × 350 × 200 mm
• Résolution : 0,016 mm
• Applications : modèles DEF, FKM et DKM, concepts stylistiques, modèles de test

Les productions typiques du Département d'impression 3D comprennent des prototypes de pièces extérieures, comme des pare-chocs, des ailerons et des gardes-boue aérodynamiques. L'équipe produit également des composants intérieurs, notamment des tableaux de bord, des panneaux de porte et des éléments cachés comme des canaux de conduits d'air. « Parmi les pièces les plus complexes que nous fabriquons figurent diverses bouches d'aération. Elles sont complexes, très détaillées, doivent être entièrement fonctionnelles et ont des tolérances très serrées. Nous préparons généralement plusieurs versions », révèle Martin Sova, un défi quelque peu surprenant.

Actuellement, Škoda Auto s'appuie sur l'impression 3D principalement pour diverses étapes de conception et de test. « Cela dit, nous avons déjà développé des composants qui ont fonctionné sans faille sur des dizaines de milliers de kilomètres lors d'essais de véhicules. Cela démontre qu'il est possible de créer des composants durables grâce à l'impression 3D », affirme Sova. Cela montre le potentiel de l'impression 3D à jouer un rôle dans la production en série. Toutefois, ce n'est pas encore une réalité, car la production de masse par moulage par injection reste plus rentable pour la fabrication à grande échelle.

Une perspective prometteuse est l'utilisation de l'impression 3D pour la fabrication sur mesure, comme la création de caractéristiques ou d'accessoires de véhicules personnalisés. Selon Sova, c'est une option réaliste. D'autres avancées potentielles incluent l'utilisation d'une gamme plus large de matériaux et la capacité d'imprimer des composants considérablement plus grands qu'actuellement. « Les limites de cette technologie sont constamment repoussées, et nous surveillons de près son développement », conclut Sova.