Pinces robotisées imprimées en 3D dans l’usine BMW de Munich (crédits photo : BMW)
Si la fabrication additive reste encore très sous représentée dans les 30 000 pièces qui composent une voiture, les constructeurs l’utilisent aujourd’hui largement comme support de production pour fabriquer plus rapidement et plus efficacement de l’outillage ou des prototypes de pièces. Utilisateur historique de cette technologie depuis plus de 30 ans déjà, BMW fait figure de pionnier en la matière.
En 2020, la marque allemande est même aller jusqu’à ouvrir son « Additive Manufacturing Campus », un centre à 15 millions d’euros et 600 m2 dédié à la fabrication additive. Rien que l’an passé, ce sont pas moins de 300 000 pièces qui ont été imprimées par les 80 employés du site. Ce n’est pas tout, puisque plus de 100 000 pièces imprimées ont été produites par an dans toutes les usines. qui forment le réseau de production mondial, depuis Spartanburg jusqu’aux sites basés en Asie.
Dernièrement, c’est dans ce même centre qu’ont été imprimés des préhenseurs XXL. D’un poids de 120 kg, ces derniers ont été installés sur une presse pour la production de tous les toits en polymère renforcé en fibres de carbone (PRFC) du constructeur allemand. Selon Ford, la pince robotisée peut être fabriquée en seulement 22 heures. Comparée aux pinces conventionnelles, la version fabriquée par impression 3D est environ 20 % plus légère, ce qui a pour effet de prolonger la durée de vie des robots, mais aussi de réduire l’usure du système, et donc la fréquence de maintenance.
« L’utilisation croissante de la fabrication additive dans le système de production du groupe BMW présente de nombreux avantages. Nous sommes par exemple en mesure de produire de manière rapide, économique et flexible nos propres aides à la production et nos robots de manutention, que nous pouvons à tout moment adapter individuellement aux exigences spécifiques, tout en optimisant leur poids. Moins de poids permet des vitesses plus élevées sur la chaîne de production, des temps de cycle plus courts et des coûts réduits. De plus, des robots plus petits peuvent être utilisés à moyen terme, ce qui réduit également les émissions de CO 2 et les coûts », explique Jens Ertel, responsable de la fabrication additive chez BMW.
« BMW utilise depuis de nombreuses années également l’impression 3D à base de sable pour créer des moules sur son site de Landshut »
Pinces robotisées imprimées en 3D dans l’usine de Ratisbonne (crédits photo : BMW)
L’utilisation combinée de deux procédés a également réduit le temps de cycle. Une caractéristique unique du robot de préhension est la combinaison idéale de deux processus d’impression 3D différents. Alors que les pinces à vide et les pinces pour la pince à aiguille permettant de soulever la matière première CFRP sont fabriquées par frittage sélectif au laser (SLS), la grande coque du toit et la structure portante sont fabriquées selon un procédé d’impression 3D à grande échelle (LSP) à sable.
Le LSP peut être utilisé pour produire de gros composants de manière économique et durable. Le processus utilise des granulés de moulage par injection et des plastiques recyclés, tandis que les résidus de CFRP peuvent également être utilisés et recyclés. Ford affirme que par rapport à l’utilisation de matières premières primaires, les émissions de CO 2 lors de la fabrication de la pince sont inférieures d’environ 60 %.
« Outre le procédé de fabrication additive directe, le groupe BMW utilise depuis de nombreuses années également l’impression 3D à base de sable pour créer des moules sur son site de Landshut. Cette technologie est généralement utilisée pour fabriquer des prototypes, ainsi que pour la production à grande échelle de composants pour moteurs hautes performances. Un autre domaine d’application très intéressant est désormais celui des grandes aides à la production », déclare Klaus Sammer, responsable de la planification des produits et des processus pour la fonderie de métaux légers.
« Lors de la manipulation du plancher complet de la BMW i4, cela nous a permis de réduire le poids de la pince complète de 30% – soit 50 kg – et ainsi de prolonger la durée de vie de nos installations »
Nouvelle génération de préhenseurs bioniques imprimés en 3D (crédits photo : BMW)
Dans son usine BMW Group de Munich, l’entreprise est même allé encore plus loin. Récemment, les premiers robots de préhension bioniques ont été utilisés dans l’usine mère. Cette pince peut maintenir et déplacer l’ensemble du plancher d’une BMW i4. Pour la pince de montage du sol, l’impression 3D est utilisée pour créer un moule de moulage en sable rempli d’aluminium liquide. Le support est optimisé en termes de poids et de capacité de charge maximale et ne pèse que 110 kilogrammes avec tous les éléments supplémentaires.
Non seulement cela permet de réduire sont poids de 30 % par rapport au modèle conventionnel précédent, mais la fabrication utilisant le moulage au sable et l’aluminium permet de représenter des structures complexes optimisées en termes de charge. Enfin, l’autre bénéficie de la réduction de poids, est qu’il permet d’utiliser des robots de levage lourds plus petits et plus légers, lesquels nécessitent donc moins d’énergie et diminuent ainsi les émissions de CO 2 .
« À l’usine de Munich, nous développons continuellement l’utilisation d’aides à la production créées par la fabrication additive. » commente Markus Lehmann, responsable de l’ingénierie d’installation et de la robotique de l’usine BMW Group de Munich avant de conclure. « Dans le domaine des systèmes de préhension et de manutention, nous équipons nos préhenseurs établis par impression 3D d’accessoires individuels imprimés et remplaçons déjà les systèmes de préhension complets par des structures de support hautement intégrées et optimisées en termes de poids. Lors de la manipulation du plancher complet de la BMW i4, cela nous a permis de réduire le poids de la pince complète de 30% – soit 50 kg – et ainsi de prolonger la durée de vie de nos installations.«
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