La technologie d’impression 3D métal présente d’importantes perspectives d’application dans le domaine de la fabrication automobile. Elle peut non seulement fabriquer rapidement des prototypes, accélérer le processus de développement de nouveaux véhicules, mais également produire directement de petits lots de pièces, raccourcir la chaîne d'approvisionnement et réduire les coûts, devenant ainsi une technologie complémentaire clé dans l'industrie automobile.
De plus, les avantages uniques de Impression 3D dans la fabrication de pièces complexes contribuent à simplifier la structure des composants automobiles, à réduire le poids et à économiser des matériaux. Bien que la technologie ait le potentiel d’être plus rapide, plus économique et de fabriquer des composants plus complexes, son application généralisée dans le domaine de la construction automobile reste jusqu’à présent limitée. À l’avenir, seules les technologies dotées de capacités de fabrication plus efficaces, plus économiques et plus flexibles pourront véritablement devenir la voie principale de la construction automobile.
L'impression 3D dans l'industrie automobile d'aujourd'hui
Dans l'industrie automobile d'aujourd'hui, La technologie d'impression 3D n'a pas été initialement adopté directement par les constructeurs automobiles, mais a d'abord été appliqué par leur flotte sponsorisée. Depuis des décennies, de Ford à Ferrari, de nombreuses entreprises considèrent la course automobile comme un incubateur pour tester de nouvelles technologies. De nos jours, de nombreuses caractéristiques standard des voitures, telles que les systèmes de freinage régénératif, les systèmes de démarrage par bouton et même les rétroviseurs des véhicules hybrides, trouvent leur origine dans les innovations de ces voitures de course. Il en va de même pour la technologie d’impression 3D, notamment l’impression métallique. Les équipes de Formule XNUMX, les équipes du World Endurance Challenge, les équipes de Formule E et d'autres ont toutes bénéficié des avantages de la fabrication additive, notamment des itérations de conception rapides, prototypage rapideet des composants légers, qui peuvent tous améliorer les performances du véhicule sur piste.
Malgré ses nombreux avantages en matière de fabrication, pourquoi l’impression 3D n’a-t-elle pas été largement adoptée par les constructeurs automobiles ? Cela peut être dû au fait que l’adoption de nouvelles technologies implique des ajustements et des investissements complexes tout au long du processus de production. Cependant, avec le développement continu et la maturité de la technologie, on s'attend à ce que les constructeurs automobiles reconnaissent progressivement la valeur potentielle de l'impression 3D, notamment des processus de fabrication plus rapides et plus flexibles, ainsi que les avantages à long terme d'une conception optimisée et de composants légers. Par conséquent, on s’attend à une adoption plus large de la technologie d’impression 3D dans l’industrie automobile à l’avenir.
Actuellement, les types de matériaux compatibles avec la technologie d’impression 3D sont relativement limités. En prenant comme exemple les plastiques, la plupart des matériaux actuellement disponibles pour le moulage ne peuvent répondre qu’à des besoins limités. Pour les constructeurs automobiles ayant des exigences plus élevées en matière d'applications, les matériaux existants ne peuvent même pas passer les tests en laboratoire.
Le coût des matières premières de la technologie est extrêmement élevé, même après avoir connu des réductions de prix significatives, le prix de la poudre métallique atteint toujours des centaines, voire des milliers de yuans par kilogramme, ce qui fait que le coût des pièces finies peut atteindre des centaines, voire des milliers de yuans par kilogramme. C'est trop coûteux pour une production à grande échelle.
Bien que l’impression 3D ait connu un certain succès dans l’industrie automobile, en particulier dans les courses automobiles où elle peut supporter le coût élevé de l’impression de composants complexes pour remporter la victoire, elle ne peut être étendue à une gamme plus large de processus de fabrication qu’avec une technologie plus rentable. Actuellement, la plupart des composants sont encore produits selon des méthodes traditionnelles telles que Moulage sous pression, Usinage CNC, et estampage.
Fusion laser sélective (SLM)
La technologie de fusion sélective au laser est considérée comme plus adaptée aux applications en petits lots et à forte valeur ajoutée. Cette technologie a été largement utilisée dans le domaine de la fabrication automobile en utilisant le laser pour faire fondre de la poudre métallique couche par couche, afin de fabriquer rapidement et avec précision des pièces métalliques. Les constructeurs automobiles tels que BMW, Ford, Volkswagen et Mercedes Benz ont tous connu un succès significatif en adoptant cette technologie, réalisant une production de masse sous certaines conditions. Cependant, la plupart de ces succès se limitent à des marques haut de gamme et le volume global de fabrication reste limité.
Ce phénomène peut être attribué aux limites de la technologie de fusion sélective au laser en termes de coût, de matériaux et de vitesse. L'équipement de fusion laser sélective nécessite un investissement initial énorme, avec un coût de système complet pouvant atteindre 2 millions de dollars ou plus. L'ampleur de la production d'une tonne de pièces par an ne justifie pas le coût. De plus, bien que l’impression 1D rende la fabrication de pièces métalliques plus flexible, l’impression n’est que la première étape de l’ensemble du processus de fabrication, et les processus de post-traitement ultérieurs, tels que le retrait du support, augmentent encore le coût des pièces.
Bien que la technologie de fusion sélective au laser ait montré des avantages de fabrication significatifs dans le domaine automobile, tels que l'intégration, la haute précision et la fabrication complexe, une série d'applications de grande valeur sont toutes issues de cette technologie. Cependant, ces applications sont généralement limitées et principalement réservées aux marques haut de gamme, ce qui rend difficile de répondre à la demande de l'industrie automobile en matière de fabrication à grande échelle et à faible coût.
Impression 3D métallique de bureau basée sur l'extrusion
La technologie d'impression 3D de bureau en métal est basée sur des imprimantes 3D de bureau en métal extrudé, avec une conception pratique pour une utilisation au bureau, évitant les risques potentiels de poussière et d'exposition au laser et offrant une solution de bout en bout plus conviviale.
Pour les utilisateurs qui en sont aux premiers stades de la conception et de la fabrication de nouvelles voitures, les imprimantes 3D métalliques de bureau sont plus rentables et plus pratiques à utiliser que les équipements traditionnels à lit de poudre. Ce type de système peut produire rapidement un grand nombre de pièces prototypes en interne, vérifier rapidement différents concepts de conception, explorer de nouvelles possibilités structurelles et ainsi économiser du temps et de l'argent dans un cycle de conception long et coûteux. Cela réduit non seulement les coûts de développement, mais permet également aux entreprises de passer plus rapidement de la phase de conception et de validation à la production, accélérant ainsi le lancement du produit. Une opérabilité flexible contribue également à réduire les coûts, à réduire le gaspillage de matériaux et à éliminer le besoin de personnel spécialisé pour faire fonctionner les machines.
À l'heure actuelle, des marques telles que bureau Métal, Augmenter3D, Stratasys, MarqueForgé, Ultimaker, Prusa, etc. représentent le niveau technologique de l'impression 3D de métal par extrusion de bureau.
Prenons comme exemple les composants du châssis de l'industrie automobile, tels que le bras de commande du système de suspension. Ces bras de contrôle jouent un rôle crucial dans le mouvement des véhicules et leur structure interne est complexe. La fabrication traditionnelle nécessite l'assemblage de plusieurs composants, tandis que les imprimantes 3D métalliques de bureau peuvent imprimer des composants en une seule étape, raccourcissant ainsi les délais de livraison et réduisant les coûts.
Impression 3D en métal par jet de liant
La technologie d’impression 3D métal par jet de liant a attiré l’attention en raison de ses avantages uniques dans la production de masse de pièces. L’une des caractéristiques notables de ce procédé est sa capacité à réaliser une production de masse efficace d’impression 3D métal. Par rapport aux imprimantes laser 3D traditionnelles, les équipements basés sur le processus de projection de liant sont non seulement plus rentables, mais ont également une vitesse d'impression plus rapide et peuvent même atteindre des dizaines, voire des centaines de fois celle des équipements de fusion laser sur lit de poudre.
Pendant ce temps, le matériau utilisé est traditionnel Moulage par injection de métal (MIM), moins chère que la poudre sphérique, réduisant considérablement le coût de fabrication des pièces. Bien que les performances du processus de pulvérisation d'adhésif soient légèrement inférieures, il offre d'excellentes performances en termes de rentabilité et peut atteindre un niveau comparable à celui des pièces moulées par injection. Cette technologie est donc plus adaptée pour réaliser la fabrication de pièces à grande échelle.
À l’heure actuelle, les grands constructeurs automobiles accélèrent l’adoption de la technologie d’impression 3D métallique par jet de liant. Certains principaux développeurs d’impression 3D métal par jet de liant se sont associés à de grandes marques de l’industrie automobile.
Alors, comment ces trois technologies d’impression 3D permettent-elles de produire en masse des composants allant de plusieurs milliers à plusieurs centaines de milliers ?
Avant la production à grande échelle, une production à petite échelle est généralement réalisée pour des tests de marché. La technologie d’impression 3D métal par jet de liant a joué un rôle important dans la production à grande échelle grâce à ses avantages en matière de fabrication sans moule, éliminant ainsi le besoin de moules. Cela permet aux ingénieurs d’utiliser efficacement des conceptions améliorées pour la production, avec des vitesses d’impression rapides et la possibilité de produire des milliers de composants à la fois. Dans le même temps, la technologie de fusion laser sélective et l’impression 3D métallique de bureau basée sur l’extrusion peuvent répondre aux besoins de petits lots dès les premières étapes de la production en s’adaptant à différentes échelles de flexibilité. La technologie de fusion laser sur lit de poudre, en raison de sa haute précision et de ses caractéristiques de fabrication complexes, est adaptée à la production de composants de marque haut de gamme, tandis que l'impression 3D métallique de bureau basée sur l'extrusion constitue un avantage rapide et bon marché dans les premières étapes de la conception et de la fabrication de nouvelles voitures. . Dans l'ensemble, l'application complète de ces trois technologies dans la fabrication de composants à grande échelle offre des solutions flexibles, efficaces et rentables pour l'industrie automobile.
QFP
Dans le domaine de l’impression 3D, les métaux couramment utilisés comprennent, sans s’y limiter, les alliages de titane, d’aluminium, d’acier inoxydable et de nickel. Ces métaux sont privilégiés pour leurs propriétés spécifiques, telles que leur haute résistance, leur résistance à la corrosion et leur légèreté, ce qui les rend adaptés à diverses applications dans tous les secteurs.
Les principales méthodes d'impression 3D utilisées pour l'impression des métaux comprennent la fusion sélective au laser (SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM) et le jet de liant. Ces méthodes utilisent différentes approches pour réaliser la fabrication additive métallique, chacune avec son propre ensemble d'avantages et de considérations.
Cet article a été rédigé par les ingénieurs de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen est un ingénieur et expert technique fort de 20 ans d'expérience en prototypage rapide et en fabrication de pièces métalliques et plastiques.
