(crédits photo : BMW)
Connue comme étant l’un des premiers utilisateurs de l’impression 3D, l’industrie automobile est l’une de celles qui a le plus contribué à l’essor et l’adoption de cette technologie. Si bien qu’on la retrouve aujourd’hui à toutes les étapes du cycle de fabrication des véhicules, c’est à dire du prototypage aux pièces finies, en passant par l’outillage. Une intégration qui offre aux constructeurs automobiles la possibilité de réduire à la fois les coûts et les délais en internalisant la production de certaines pièces. De plus, elle permet d’optimiser les véhicules en réduisant la masse des composants sans compromettre leurs performances. Enfin, la numérisation des pièces permise par l’impression 3D, en plus de favoriser la fabrication à la demande, réduit les contraintes liées à la gestion des stocks et leur encombrement.
Confirmant cet intérêt, le cabinet d’études Market and Markets a publié un rapport prévoyant que le marché de l’impression 3D automobile devrait passer de 2,9 milliards USD en 2022 à 7,9 milliards USD d’ici 2027, avec un TCAC de 21,7 %. La demande croissante de véhicules connectés, autonomes, partagés et électriques (CASE), le besoin de fabrication à faible coût, la production de pièces en faible volume, les composants structurés complexes et les composants de moteur critiques difficiles à produire avec les méthodes de fabrication conventionnelles, sont les principaux facteurs qui expliqueraient ce phénomène.
Sans surprise, les experts de Market and Markets estiment que le segment des véhicules dits « ICE » (Internal Combustion Engine), c’est à dire à utilisant des moteurs classiques à combustion interne, dominera les cas d’utilisation au cours de la période de prévision. Une tendance que le rapport attribue à une demande croissante de composants automobiles imprimés en 3D dans les véhicules économiques, ainsi qu’à la quête de fonctionnalités avancées dans les véhicules haut de gamme, constituant ainsi le moteur principal de ce segment. L’étude ajoute que les principaux constructeurs automobiles testent même des composants de moteur tels que des pistons et des culasses de moteur avec une impression 3D métallique pour incorporer des canaux de refroidissement complexes afin de prolonger l’efficacité, la durée de vie et les performances de leurs véhicules.
« La technologie a aidé les constructeurs automobiles à proposer à leurs clients une large gamme de finitions, de textures et même de choix de performances »
(crédits photo : BMW)
Ceci étant, c’est le segment de l’outillage et du prototypage qui devrait capturer la plus grande part de marché dans le domaine de l’impression 3D automobile. Les capacités de l’impression 3D pour réduire les coûts et les délais de livraison, tout en minimisant le gaspillage de matière première, combinées à sa grande flexibilité de conception permettant des modifications à tout moment et sans limites d’itérations, en font un choix privilégié par les constructeurs automobiles par rapport aux méthodes traditionnelles. Une tendance également renforcée par la diversification croissante des filaments d’impression 3D qui répondent de manière de plus en plus précise aux exigences de résistance et/ou environnementales.
« On estime que l’impression 3D est la plus utilisée dans les véhicules ICE en raison du volume élevé de véhicules ICE produits par l’industrie. L’incorporation de la fabrication additive dans les véhicules ICE augmente rapidement grâce au large choix de matériaux et au développement des technologies de fabrication additive. » commente Market and Markets.
« Seules des activités de recherche simples ont été menées au début, mais les développements ont aidé les constructeurs automobiles à utiliser l’impression 3D pour des composants complexes et critiques. La technologie a aidé les constructeurs automobiles à proposer à leurs clients une large gamme de finitions, de textures et même de choix de performances. Les avancées technologiques dans le domaine de l’impression 3D et l’augmentation de la production de véhicules dans l’industrie sont des éléments clés contribuant à la croissance globale du marché de l’impression 3D automobile, et ce, dans tous les segments de véhicules. »
Du point de vue des matériaux, la prédominance croissante des composants en plastique, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur des véhicules, positionne ce matériau comme celui appelé à dominer le marché de l’impression 3D automobile. Un changement qui selon Market and Markets est largement motivé par le coût réduit et la facilité de fabrication associés à la production de composants en plastique par rapport aux composants métalliques. Divers types de plastiques, tels que l’ABS, le nylon, et le PLA, entre autres, sont utilisés pour l’impression 3D. Les applications dans l’automobile englobent divers composants tels que les éléments de tableau de bord, les boîtiers, les supports, ainsi que d’autres éléments intérieurs et extérieurs.
« Ces matériaux ciblés, produits avec des formes structurelles complexes, ne peuvent pas être produits à l’aide de techniques de fabrication conventionnelles »
Robot autonome employé par Ford dans son centre de fabrication additive pour automatiser le retrait des plateaux d’impression (crédits photos : Ford)
En termes de régions, une fois de plus et sans surprise, c’est l’Amérique du Nord qui domine le marché de l’impression 3D automobile. La région nord-américaine qui englobe les États-Unis, le Canada et le Mexique se positionne en tant que leader de cette économie, et ce, largement grâce à la réduction des coûts de prototypage et de recherche et développement (R&D) initiée par les principaux constructeurs automobiles de la région.
L’autre chiffre intéressant publié par le cabinet d’étude, et qu’on ne connaît pas forcément, porte sur le coût du prototypage. Il explique que traditionnellement, le processus de développement de prototypes physiques s’avère extrêmement onéreux, avec des coûts variant de 250 000 USD à 1 million USD par véhicule. On apprend également, qu’en moyenne, entre 50 et 70 prototypes sont construits lors d’un cycle de développement, entraînant une dépense totale de 10 milliards de dollars par an de la part de l’industrie automobile pour ces prototypes.
« Ces coûts peuvent être considérablement réduits en intégrant la technologie d’impression 3D pour ces applications. La pénétration croissante de composants avancés et complexes dans les véhicules produits par l’industrie automobile américaine a également alimenté la croissance des composants imprimés en 3D. Ces matériaux ciblés, produits avec des formes structurelles
complexes, ne peuvent pas être produits à l’aide de techniques de fabrication conventionnelles. » indique Market and Markets.
Les grands constructeurs automobiles en Amérique du Nord, tels que Ford, General Motors ou Tesla, collaborent avec les principaux fabricants d’imprimantes 3D que 3D Systems, HP et Stratasys. Ces constructeurs automobiles tirent parti de l’impression 3D pour le prototypage, la R&D et d’autres activités de production. Etant donné la production importante de véhicules ICE aux Etats-Unis, ainsi que le développement rapide de voitures électriques, ce pays se hisse à la première place du marché de l’impression 3D plastique. La raison est que des centaines de constructeurs automobiles américain tirent parti de cette technologie pour leur R&D, ainsi que la production de composants polymères tels que de garnitures intérieures, comme des tableaux de bord, ou des composants extérieurs.
