Impression 3D métallique: Succès du projet pilote NextGenAM

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PRODUCTION – Premium AEROTEC, EOS et Daimler ont conjointement lancé le projet NextGenAM pour développer la base d’un futur système de production en série à l’aide des technologies d’impression 3D. Un an plus tard, une étape majeure venait d’être franchie avec la mise en place de la première usine pilote par Premium AEROTEC à Varel, dans le nord de l’Allemagne.

Lancé en mai 2017, le projet pilote NextGenAM avait pour objectif le développement d’une ligne de fabrication numérisée de nouvelle génération capable de produire des composants en aluminium pour les secteurs de l’automobile et de l’aérospatial de façon beaucoup plus rentable qu’avec les méthodes actuelles.

Un an plus tard, NextGenAM est un succès : pour l’ensemble de son processus de production, Premium AEROTEC a pu réduire ses coûts de fabrication de 50% par rapport aux systèmes d’impression 3D existants.

« Dans l’industrie aéronautique, Premium AEROTEC est d’ores et déjà un pionnier mondial dans le domaine de l’impression 3D métallique. L’objectif est maintenant de développer cette expertise et de l’étendre à d’autres secteurs », déclare Thomas Ehm, président du conseil de direction de Premium AEROTEC. « Le succès de NextGenAM marque donc une nouvelle étape importante dans notre stratégie. »

Production entièrement automatisée

Le secret réside dans une chaîne de production additive ingénieuse, évolutive et entièrement automatisée, où les pièces imprimées sont découpées mécaniquement de la plateforme de fabrication. Autrement dit, aucune tâche manuelle n’est maintenant requise à aucune étape du processus, depuis la préparation des données et l’alimentation centrale en poudre jusqu’au procédé de fabrication additive, en passant par le traitement thermique, l’assurance qualité et la séparation des composants de la plateforme de fabrication. Le système EOS M 400-4 à quatre lasers pour l’impression 3D industrielle avec des matériaux métalliques est au cœur de ce projet. Un système de convoyage sans pilote et de robots assure un transfert fluide des pièces à chaque étape de la ligne de production.

Le processus de production est entièrement géré, sans opérateur, depuis un centre de contrôle central autonome. La mise en réseau de toutes les machines utilisées est l’un des principes fondamentaux du projet. Les données de fabrication sont transmises au centre de contrôle, qui hiérarchise ensuite les différentes requêtes et les attribue au système de fabrication additive. Durant la fabrication, il est également possible de consulter le statut du processus sur un appareil mobile donc à distance et à tout moment. Une fois la production terminée, les rapports qualité sont centralisés au niveau du centre de contrôle. Toutes les données nécessaires à la production d’un « jumeau » numérique y sont accessibles, ce qui permet notamment une traçabilité totale.

« Nous sommes extrêmement fiers de ce que nous avons pu réaliser en collaboration avec nos partenaires Premium AEROTEC et Daimler », se félicite Adrian Keppler, PDG d’EOS. « Le projet NextGenAM montre concrètement comment l’impression 3D industrielle peut être utilisée de manière rentable dans la production en série, en tant que partie intégrante d’une chaîne de processus automatisée. Si on ajoute les possibilités de numérisation utilisées ici, l’usine pilote marque véritablement un jalon dans la fabrication numérique. »

Capacité extensible

Un flux continu de données 3D avec gestion intégrée de la qualité fait de ce système de production l’un des premiers exemples d’Industrie 4.0, la référence du futur. Le procédé de fabrication est entièrement évolutif : les lignes de production peuvent être facilement dupliquées pour étendre la capacité de l’usine. Cela permet d’espérer des économies encore plus substantielles à terme, avec l’augmentation des volumes. Aujourd’hui, l’installation pilote est déjà capable de fabriquer des composants de façon automatisée selon les normes de qualité de la production en série.

Des pièces sont déjà produites pour Daimler sur la nouvelle ligne technologique de Premium AEROTEC, notamment une première pièce de rechange pour la division Camions : un support de moteur diesel.

Pièces de rechange pour camions et bus

Le procédé d’impression 3D est particulièrement utile dans le secteur des pièces de rechange car, en cas de problème avec un outil, les pièces rarement demandées peuvent souvent être reproduites de façon plus économique qu’avec les processus conventionnels de moulage au sable ou sous pression. Les premières demandes de pièces de rechange en aluminium pour bus, imprimées en 3D, sont en cours d’examen au Centre de compétence de l’impression 3D chez Daimler Buses. L’équipe chargée de l’analyse dans le domaine des voitures particulières réfléchit également à des applications potentielles.

Opportunités pour les petites séries et le développement avancé

« La fabrication additive se prête également à la production de nouveaux véhicules en petite série (éditions limitées). Le développement systématique de pièces spécialement conçues pour l’impression 3D permet de réduire encore les coûts de production et d’optimiser la qualité », explique Jasmin Eichler, responsable des technologies du futur chez Daimler AG. « L’impression 3D est également particulièrement intéressante durant la phase de développement avancé des véhicules. La fabrication additive permet souvent de produire à moindre coût le faible nombre d’unités requises et plus rapidement qu’avec des processus de production conventionnels. »

Et cela vaut aussi bien pour les véhicules à moteur à combustion que pour les voitures électriques. L’impression 3D est également parfaitement adaptée, par exemple, à la production des plaques de base intégrées qui portent les lignes de refroidissement des batteries dans les véhicules électriques.

Haute qualité des produits

La haute qualité des produits est la norme dans l’installation pilote : il est également prévu d’employer un alliage d’aluminium, de magnésium et de scandium très résistant (appelé Scalmalloy®) pour les pièces utilisées dans les secteurs de l’aviation et de l’aérospatiale.

Pour le secteur automobile, on utilise un alliage d’aluminium classique (AlSi10Mg) dont les propriétés matérielles ont été améliorées tout au long du projet pilote. La résistance et la qualité de finition du matériau, entre autres, sont nettement meilleures qu’elles ne l’étaient il y a deux ans, au début de la coopération.

Perspectives : l’impression 3D en tant que méthode de production prometteuse

Maintenant que tous les contrôles qualité ont été passés avec des résultats extrêmement prometteurs, les préparations sont en cours pour un audit selon les exigences de la norme industrielle très stricte, VDA 6.3. Chez Daimler, il s’agit de l’une des conditions préalables pour la fourniture de composants de production en série par les sous-traitants en impression.

À terme, l’automatisation de toute la chaîne de fabrication additive permettra de produire de plus grands lots en série avec une fiabilité, une fonctionnalité, une durabilité et une rentabilité identiques à celles des composants fabriqués de manière conventionnelle. Les composants destinés aux nouveaux véhicules peuvent être optimisés pour l’impression 3D durant la phase de conception, ce qui laisse augurer des avantages supplémentaires en termes de coût.

L’impression 3D offre également des avantages en termes de poids, ce qui est particulièrement intéressant pour les véhicules électriques. La 3D permettra de réduire les coûts d’entreposage des pièces de rechange qui pourront être produites « à la demande ». Cette vision d’avenir est appelée « Digital Stock » chez Daimler.

Autrement dit, la disponibilité centralisée de données de fabrication numérique permettra de décentraliser la production de pièces de rechange grâce à l’impression 3D.

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