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Quels sont les opportunités et obstacles de l’impression 3D pour les véhicules électriques ?

Compte tenu des avantages uniques de l’impression 3D, il ne fait guère de doute que cette technologie jouera un rôle dans la fabrication des véhicules électriques. C’est en tout cas l’idée défendue par le cabinet d’étude IDTechEx, qui a publié une analyse très fournie sur les opportunités et les obstacles liés à l’impression 3D pour les véhicules électriques.

Analyste technologique senior chez IDTechEx, Sona Dadhania souligne d’emblée la croissance exceptionnelle du marché des véhicules électriques (VE). Après une augmentation de 62 % des ventes de voitures électriques en 2022 par rapport à 2021, le cabinet britannique prévoit une augmentation de 16 % des ventes mondiales pour 2023.

Malgré tout, la croissance a été quelque peu limitée au cours de l’année en raison de la performance des véhicules hybrides rechargeables (PHEV) en Europe, en particulier au cours du premier semestre 2023, en partie attribuée à des réductions de subventions en Allemagne. Néanmoins, beaucoup s’accordent à dire que les VE représentent l’avenir de l’industrie automobile, en particulier pour les voitures particulières.

Les prévisions d’IDTechEx prévoient que les véhicules électriques représenteront une opportunité de revenus de 3500 milliards de dollars d’ici 2044. Etant donné les perspectives, rien d’étonnant donc à ce que l’industrie de la fabrication additive ait ce secteur dans son viseur. En effet, capter ne serait ce qu’une petite part de la chaîne d’approvisionnement de la fabrication des véhicules électriques pourrait conduire à une croissance significative pour cette industrie.

Cependant, cela soulève des questions importantes : quelles sont les opportunités réelles offertes par l’impression 3D dans la production de véhicules électriques, compte tenu de ses avantages uniques ? Et quels défis devra-t-elle relever ? Ces interrogations sont abordées de manière détaillée dans le dernier rapport d’IDTechEx, intitulé « Impression 3D et fabrication additive 2024-2034 : technologies et perspectives de marché. » Combinant l’expertise d’IDTechEx dans les domaines de l’impression 3D et des véhicules électriques, cette étude offre un aperçu approfondi des opportunités et des obstacles rencontrés par la fabrication additive dans ce secteur spécifique.

Les opportunités de la fabrication additive dans la production de véhicules électriques

La nouvelle Renault 5 électrique intègre des accessoires imprimés en 3D dont des éléments intérieurs de rangements

La nouvelle Renault 5 électrique intègre des accessoires imprimés en 3D dont des éléments intérieurs de rangements (crédits photo : Renault)

S’appuyant sur nombreux entretiens avec des fabricants d’imprimantes et des fournisseurs de matériaux clés dans le domaine de la fabrication additive, IDTechEx estime que l’AM peut apporter une valeur ajoutée aux chaînes d’approvisionnement pour la fabrication des véhicules électriques :

Allègement : L’AM peut contribuer à l’allègement des pièces, ce qui peut augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique et/ou créer de l’espace pour d’autres composants (par exemple, des batteries plus grandes).

Simplification de la fabrication : L’AM pourrait permettre de regrouper de grands ensembles en un nombre réduit de pièces, ce qui pourrait simplifier la chaîne d’approvisionnement et réduire les coûts.

Améliorer la rapidité de mise sur le marché : L’AM permet de réduire la durée des cycles de conception en diminuant les temps et les coûts de production des prototypes et de l’outillage. Les cycles de conception des véhicules étant de plus en plus courts, l’AM pourrait contribuer à accélérer la mise sur le marché des VE grâce à la production de prototypes (esthétiques et fonctionnels) et d’outillage (pour le découpage, l’estampage, le formage, le moulage, la coulée).

Changements dans les chaînes d’approvisionnement de l’industrie automobile : Au fur et à mesure que les anciennes pièces sont remplacées par des pièces spécifiques aux VE (batteries, moteurs électriques, composants de refroidissement, etc. ), les constructeurs automobiles créeront de nouvelles chaînes d’approvisionnement pour accueillir ces nouvelles pièces, ce qui pourrait permettre à l’AM de gagner des parts de marché, en particulier si les constructeurs sont plus enclins à envisager des technologies alternatives lorsqu’ils adaptent leurs chaînes d’approvisionnement.

Flexibilité des acteurs émergents du secteur des véhicules électriques : Le marché des VE compte de nombreuses startups qui sont plus disposées à envisager des technologies de production alternatives telles que l’AM que les acteurs traditionnels de l’automobile, créant ainsi une nouvelle base de clients potentiels pour l’AM. Ces startups peuvent être plus intéressées par la dynamique de la chaîne d’approvisionnement numérique que les acteurs traditionnels dont les chaînes d’approvisionnement sont établies de longue date. Elles pourraient également bénéficier de la flexibilité de l’AM pour éviter d’avoir à établir une économie d’échelle pour mettre leur produit sur le marché.

Les obstacles à l’application de l’impression 3D aux véhicules électriques

La fabrication additive pourrait compléter les chaînes de production de Tesla

La fabrication additive indirecte pour le moulage de sable pourrait bientôt venir optimiser les chaînes de production de Tesla (crédits photo : Tesla)

Toutefois, comme l’ont fait remarquer les principaux utilisateurs finaux, l’AM est confronté à de nombreux défis dans son application aux VE, en particulier pour les composants de production :

Coût élevé de l’AM : La plupart des pièces imprimées en 3D ne peuvent concurrencer en termes de prix les pièces usinées, coulées ou moulées de manière traditionnelle. Même pour les pièces dont l’AM peut améliorer les performances ou le poids, si l’AM se traduit par une structure plus importante (par exemple, par l’optimisation de la topologie) qui entraîne un coût plus élevé (par exemple, par le post-traitement), de nombreux fabricants d’EV préféreront conserver la pièce telle quelle. Il sera difficile de trouver des applications pour lesquelles les avantages de l’AM en termes de performances justifient le coût, surtout si l’on tient compte de la nécessité de réduire le coût des VE pour en favoriser l’adoption par le marché de masse.

Portefeuille et sources de matériaux limités : La plupart des technologies d’AM ne traitent pas encore les alliages d’acier et d’aluminium couramment utilisés par les équipementiers automobiles. En outre, les sources uniques de matériaux dans le domaine de l’AM posent des problèmes de résilience de la chaîne d’approvisionnement pour les équipementiers.

Préférence pour les méthodes et les chaînes d’approvisionnement établies, en particulier chez les grands équipementiers : Les techniques traditionnelles d’usinage et de moulage sont privilégiées, en particulier chez les grands équipementiers comme GM. En outre, la concurrence de l’AM s’exerce sur des chaînes d’approvisionnement établies de longue date. Compte tenu de l’aversion au risque des équipementiers, il est difficile d’introduire de nouvelles technologies de fabrication telles que l’AM.

Un rendement de production trop faible pour le marché de masse : L’AM a un rendement plus faible que les processus de fabrication établis, ce qui rend difficile la production de gros volumes pour les VE de masse.

Absence de besoin d’amélioration des performances : Pour de nombreuses pièces commercialisées en masse, les solutions actuelles sont suffisamment performantes, de sorte qu’il n’est pas nécessaire que les équipementiers adoptent la technologie AM, même si celle-ci améliore leurs performances.

Manque de fiabilité : Les équipementiers étant peu enclins à prendre des risques, l’AM doit faire la preuve de sa qualité et de sa cohérence pour être utilisé dans les VE commercialisés en masse.

La fabrication additive progresse t’elle dans la production de véhicules électriques ?

Malgré ces défis, IDTechEx indique que l’industrie de l’AM continue de progresser sur le marché des voitures électriques. Signe de cette tendance, Tesla a récemment annoncé son intention de tirer parti de l’impression 3D de manière indirecte pour optimiser son « gigacasting », un processus consistant à utiliser des machines de coulée massives pour fabriquer de grandes pièces individuelles pour le dessous de caisse de ses véhicules électriques. Un élément clé de ce processus qui a déjà permis au géant américain de réduire ses coûts de production et de prendre de l’avance sur ses concurrents, impliquera l’impression 3D de sable (par projection de liant) pour produire des moules géants.

Grâce à cette approche, l’entreprise sera en mesure de mouler sous pression la quasi-totalité du dessous de caisse d’un véhicule électrique en une seule pièce, au lieu des 400 pièces habituelles. « D’autres équipementiers automobiles, comme Toyota, envisagent désormais d’intégrer le gigacasting dans leur propre chaîne d’approvisionnement. » ajoute IDTechEx avant de conclure : « Cette nouvelle application représente le potentiel futur de l’impression 3D pour avoir un impact significatif sur le marché des véhicules électriques. »

Le dernier rapport d’IDTechEx , « 3D Printing and Additive Manufacturing 2024-2034 : Technology and Market Outlook », segmente soigneusement le marché par quatre-vingts lignes de prévision différentes dans dix-sept catégories technologiques différentes, quatre grandes catégories de matériaux et huit sous-catégories de matériaux. Pour de plus amples informations sur ce marché, vous pouvez consulter le rapport IDTechEx ICI.

Alexandre Moussion