Dans les ateliers de soudage, sur les lignes d'assemblage automobile ou au cœur des bras robotisés, une même question revient sans cesse : comment gagner en précision sans sacrifier la rapidité ni la résistance ? Pour un nombre croissant d'industriels, la réponse tient dans un matériau bien précis : la fibre de carbone imprimée en 3D.
Reste que pour en tirer pleinement parti, encore faut-il l'associer à la bonne application. Car si la fibre de carbone offre des propriétés mécaniques hors norme, rigidité, légèreté, résistance à la chaleur, toutes les pièces industrielles n'en ont pas besoin.
À travers les expériences de North American Lighting, Briggs Automotive Company et Trivium, cet article met en lumière plusieurs applications où les solutions UltiMaker permettent de réduire les délais de fabrication, d'améliorer les performances des équipements et de renforcer la flexibilité des opérations.
Quatre applications où la fibre de carbone fait la différence
Gabarits de soudage
Dans le domaine du soudage, la précision est essentielle. Les gabarits qui maintiennent les pièces avant l'assemblage doivent être à la fois rigides et résistants à la chaleur, en raison des températures élevées impliquées dans le processus.
L'impression 3D en fibre de carbone permet de répondre à ces exigences. Le nouveau PET CF d'UltiMaker, une fois recuit, offre une température de déflexion thermique et une rigidité adaptées à cet usage. La conception directe en CAO, suivie de l'impression, réduit également le temps de main-d'œuvre et améliore la tolérance d'ajustement, ce qui contribue à l'efficacité globale du processus de soudage.
Matrices de pliage
Les matrices de pliage sont utilisées avec une presse hydraulique pour façonner des pièces métalliques. Selon les besoins de production, ces pièces nécessitent souvent des adaptations fréquentes, ce qui rend les méthodes de fabrication traditionnelles coûteuses et chronophages.
L'impression 3D permet de produire des matrices sur mesure rapidement. La fibre de carbone est particulièrement adaptée à cet usage grâce à sa rigidité élevée : la pièce conserve sa forme sous une pression plus importante que la plupart des autres polymères, garantissant des pièces métalliques conformes et de qualité constante.
Outillage en bout de bras pour l'automatisation robotique
Les bras robotisés sont utilisés pour effectuer des tâches répétitives avec précision. Les effecteurs terminaux situés à leur extrémité — pinces, torches de soudage ou autres outils — varient selon l'application.
L'impression 3D de ces effecteurs en composite fibre de carbone permet de réduire le poids du bras robotisé, ce qui augmente sa capacité de charge, sa vitesse et sa maniabilité. Cette réduction de poids limite également l'usure mécanique et prolonge la durée de vie du bras robotisé.
Outils d'alignement
Les outils d'alignement et jauges sont utilisés pour effectuer des mesures précises lors des processus de fabrication et d'assemblage. Ils doivent rester rigides afin d'éviter toute flexion ou compression susceptible d'entraîner des imprécisions.
La rigidité intrinsèque de la fibre de carbone en fait un matériau approprié pour ces outils. L'impression 3D permet en complément de les personnaliser selon des besoins de mesure spécifiques, ce qui contribue à la précision et à l'efficacité du processus de fabrication.
Trois retours d'expérience industriels
North American Lighting
North American Lighting (NAL), filiale du groupe Koito, fabrique des systèmes d'éclairage automobile depuis 1983. Répartie sur huit sites aux États-Unis, l'entreprise fournit des technologies d'éclairage avancées à des constructeurs automobiles tels que Ford et GMC.
Pour un fabricant de cette envergure, la rapidité et la précision de production sont essentielles : la casse d'une pièce d'assemblage peut entraîner des délais et des coûts supplémentaires. Chez NAL, les blocs de nidification (« nest blocks ») sont désormais imprimés principalement en fibre de carbone et en PolyMax™ PC. Plusieurs mois après leur mise en service, aucune usure n'a été constatée sur ces pièces. L'entreprise poursuit ses expérimentations sur d'autres composants, notamment des supports de caméra, des embouts de graissage et des joints d'étanchéité pour tests.
Briggs Automotive Company
Briggs Automotive Company (BAC) a conçu la BAC Mono, la première supercar monoplace homologuée pour la route au monde, associant une expérience de conduite authentique aux technologies issues de la compétition automobile.
L'entreprise a été l'une des premières à adopter l'impression 3D dans son processus de fabrication. La Mono R, destinée à des collectionneurs et passionnés, est produite en petites séries sur mesure, ce qui rend l'usinage CNC et le moulage par injection peu pertinents à ce niveau de production.
Trivium
Une pièce essentielle de la machine d'emballage de Trivium s'était usée et n'était plus disponible auprès du fournisseur. Paul Klopper, spécialiste technique sur le site néerlandais de l'entreprise, s'est tourné vers l'impression 3D pour y remédier.
La pièce a été reconçue et divisée en deux, afin de pouvoir être imprimée sur le plateau de l'Ultimaker S5, puis assemblée à l'aide d'une tige métallique. La validation de la conception a d'abord été réalisée avec une impression en ABS, qui s'est toutefois usée à un rythme similaire à la pièce d'origine. Une nouvelle itération, imprimée en nylon renforcé de fibre de carbone, s'est révélée plus résistante que la pièce initiale.