L'impression 3D permet à Dorman de suivre le rythme dans l'industrie automobile
Ces deux dernières années ont été marquées par une forte hausse des prix des voitures neuves et d’occasion, en raison de problèmes tels que les pénuries généralisées de puces informatiques, les retards d’expédition et les fermetures d’usines. Les propriétaires de véhicules se retrouvent souvent dans l’incapacité d’acheter un nouveau véhicule une fois que la garantie de leur véhicule actuel a expiré.
C’est pourquoi les rendez-vous d’entretien et de service de routine sont devenus essentiels pour maintenir la performance de leur véhicule. Les constructeurs automobiles proposent bien sûr des pièces de rechange et des services après-vente dans leurs concessions, mais ces dernières sont également confrontées aux mêmes problèmes de chaîne d’approvisionnement, et parfois, elles ne sont tout simplement pas aussi abordables pour le conducteur moyen qu’un atelier de réparation indépendant.
Dorman Products, une entreprise centenaire spécialisée dans la fabrication de pièces détachées pour véhicules personnels et utilitaires, a adopté l’impression 3D pour accélérer sa production et améliorer la qualité de ses produits. Pour rester compétitifs , Dorman s’appuie sur douze imprimantes 3D réparties sur deux sites.
Chris Allebach, responsable de la fabrication additive chez Dorman, et Eric Tryson, responsable de l’équipe de conception mécanique, utilisent des imprimantes stéréolithographiques (SLA) telles que les Form 2, Form 3 et Form 3L, ainsi que plusieurs imprimantes FDM. Ces outils leur permettent de créer rapidement des prototypes pour de nouveaux composants et de concevoir des gabarits et des fixations sur mesure pour leurs processus de validation.
Créer plus de 100 000 produits différents
La gamme de produits proposée par Dorman est véritablement impressionnante : ils gèrent une base de données comprenant 118 000 pièces distinctes (au 25 décembre 2021) pour des centaines de modèles de véhicules différents.
Les produits de Dorman englobent une large variété, allant des composants de base du moteur aux modules électroniques complexes et aux pièces pour poids lourds. La société examine les défaillances des pièces d’origine et procède à une rétro-ingénierie de ces produits, parfois en repensant complètement leur conception pour les améliorer. Ils peuvent même aller jusqu’à rechercher la pièce d’origine, parfois en achetant des véhicules entiers pour une compréhension complète du système et pour valider la nouvelle conception.
Le processus de conception commence par la création numérique de la pièce existante, qui est ensuite modifiée selon les besoins. Les pièces sont ensuite analysées au laboratoire de métrologie de Dorman, utilisant soit un scan laser sans contact, soit une sonde de contact pour les pièces plus détaillées. Les données de référence sont ensuite fournies à l’équipe, qui utilisent Solidworks pour procéder à la rétroconception des pièces.
Prototypage d’une pièce OE FIX™
Un composant moteur en particulier a posé des problèmes à de nombreux propriétaires de véhicules. À l’origine fabriqué en plastique, il présentait des fissures en raison de l’exposition continue à la chaleur générée par le moteur. L’équipe de Dorman a entrepris d’analyser cette pièce, de la faire scanner par son équipe de métrologie, puis de décider de la reconfigurer en aluminium moulé. Ce changement de matériau ne consistait pas simplement à substituer un matériau par un autre, car la pièce devait être adaptée au processus de coulage sous pression. Pour garantir que les performances de la pièce restaient inchangées avec la nouvelle conception, de nombreux prototypes ont dû être créés et testés à chaque itération.
« Chaque itération prend à peine deux heures : cela signifie que nous pouvons réaliser deux itérations dans la même journée. C’est vraiment très utile. Avant l’impression 3D, nous ne pouvions que croiser les doigts pour que la première tentative soit réussie. Si ce n’était pas le cas, nous perdions des semaines, voire des mois, à attendre la livraison des pièces, pour finalement découvrir qu’elles devaient être modifiées et renvoyées. », explique M.Tyson.
Une fois le prototype finalisé en interne, Dorman a effectué des tests fonctionnels pour s’assurer que la pièce fonctionnait toujours de la même manière.
Le processus de validation
Étant donné que les fixations sont spécifiques à chaque produit, elles ne pouvaient pas être produites en grande quantité, ce qui excluait la possibilité du moulage par injection. La seule option était de les faire usiner, ce qui s’avérait à la fois coûteux et chronophage. Ils devaient s’assurer que la conception était parfaite, puis l’envoyer en usinage, en attendant des semaines avant de pouvoir valider leurs pièces.
« Pour les fixations et les calibres, nous devions faire appel à un atelier d’usinage, ce qui prenait entre cinq et six semaines. Le coût était de cinq à dix fois supérieur à celui d’une pièce et la géométrie était limitée par les techniques de fabrication conventionnelles. Avec les imprimantes 3D, nous pouvons désormais développer des fixations et des calibres de test tout en travaillant sur le prototype du produit. Ainsi, lorsque la conception du produit est finalisée, les fixations sont également prêtes pour les tests. Nous essayons d’être aussi proactifs que possible. »
Un processus de validation a nécessité la fabrication de deux fixations imprimées en 3D pour tester un tuyau sous pression. L’une de ces fixations a été utilisée pour obstruer une extrémité du tuyau, permettant ainsi de faire passer du liquide à travers et de déterminer les limites de sa pressurisation. La deuxième fixation a été conçue pour simuler la partie accouplée de ce qui serait un radiateur de grande taille sous le capot d’une voiture. En imprimant uniquement la partie accouplée en 3D, l’équipe de test a bénéficié d’une plus grande flexibilité. De plus, ils ont pu envoyer cette pièce à la chaîne de production pour effectuer des tests de validation au fur et à mesure de la production, intégrant ainsi un processus supplémentaire de contrôle de la qualité.
L’une des deux fixations d’essai pour le test du tuyau sous pression.
L’une des deux fixations d’essai pour le test du tuyau sous pression.
Tolérances serrées pour les tests Go/No Go
Un calibre à limites imprimé avec Grey Resin.
Avant de commercialiser et d’installer leurs produits dans les véhicules des clients, l’équipe de Dorman doit connaître avec précision les variations dimensionnelles que ces pièces peuvent tolérer. C’est pourquoi ils effectuent une analyse dimensionnelle pour déterminer si une pièce est conforme aux spécifications ou non. Certaines pièces nécessitent des tolérances très strictes, avec une tolérance de +/- 0,05 mm sur un diamètre. Ils ont pu l’imprimer avec un diamètre ayant une tolérance de 0,025 mm sur un faux-rond avec l’imprimante Form 3L. Ce qui a surpris l’équipe de pouvoir obtenir une telle précision grâce à celle-ci.
Fabrication de joints destinés à des essais de pression
Lorsqu’il est nécessaire de tester sous pression des composants de nouveaux designs, l’équipe doit souvent trouver des moyens créatifs pour sceller certains trous et surfaces, car ils ne correspondent pas toujours parfaitement à une forme standard. Cette approche se traduit généralement par la fabrication de joints et de fixations sur mesure.
Auparavant, la méthode consistait à mesurer les composants dans leur laboratoire, à fabriquer des matrices métalliques, puis à découper les joints sur mesure à l’aide de ces matrices dans une presse à arbre. Comme l’explique M. Allebach, « C’était un peu comme découper des biscuits dans de la pâte. Cela était très inefficace en termes d’utilisation des matériaux et prenait beaucoup de temps à nos techniciens de laboratoire. »
Le passage à l’impression 3D a permis à l’équipe de réduire considérablement les délais et les coûts, en particulier compte tenu du grand nombre de nouveaux composants à tester. Comme le souligne M. Allebach, « Nous avons imprimé des centaines de joints personnalisés pour notre testeur de boîtier papillon afin d’étanchéifier les deux extrémités du corps du boîtier et de réaliser des tests de débit. »
Lorsqu’il est nécessaire de tester sous pression des composants de nouveaux designs, l’équipe doit souvent trouver des moyens créatifs pour sceller certains trous et surfaces, car ils ne correspondent pas toujours parfaitement à une forme standard. Cette approche se traduit généralement par la fabrication de joints et de fixations sur mesure.
Auparavant, la méthode consistait à mesurer les composants dans leur laboratoire, à fabriquer des matrices métalliques, puis à découper les joints sur mesure à l’aide de ces matrices dans une presse à arbre. Comme l’explique M. Allebach, « C’était un peu comme découper des biscuits dans de la pâte. Cela était très inefficace en termes d’utilisation des matériaux et prenait beaucoup de temps à nos techniciens de laboratoire. »
Le passage à l’impression 3D a permis à l’équipe de réduire considérablement les délais et les coûts, en particulier compte tenu du grand nombre de nouveaux composants à tester. Comme le souligne M. Allebach, « Nous avons imprimé des centaines de joints personnalisés pour notre testeur de boîtier papillon afin d’étanchéifier les deux extrémités du corps du boîtier et de réaliser des tests de débit. »
L’impression 3D, un atout pour l’avenir
Alors que les problèmes de chaîne d’approvisionnement persistent et que les prix des véhicules, neufs ou d’occasion, restent élevés, l’industrie automobile évolue vers la fabrication de véhicules électriques avec des pièces plus légères, optimisées pour les nouvelles techniques de fabrication, souvent additives, et fabriquées à partir de matériaux non conventionnels. La technologie de fabrication additive devient de plus en plus essentielle pour l’industrie automobile, tant pour la conception originale que pour le marché des pièces détachées. Dorman Products a déjà pris une longueur d’avance grâce à ses installations actuelles, mais MM. Allebach et Tryson continuent de se projeter vers l’avenir.
« Nous pouvons concevoir et créer facilement des pièces, sans être limités par les processus de fabrication traditionnels. Nous avons également sensibilisé les autres départements au fait que l’ajout de contre-dépouilles ou d’arêtes ne génère plus de coûts supplémentaires, comme c’était le cas avec l’usinage. La possibilité de créer une fixation exactement telle que notre équipe l’imagine ouvre de vastes horizons. »
Avec un retour sur investissement bien établi et une familiarité croissante avec les technologies FDM et SLA au sein de l’entreprise, l’équipe est prête à adopter l’impression sur lit de poudre. Comme le souligne M. Tryson, « Nous disposons de la rapidité d’exécution avec le FDM, de la haute précision et de la durabilité avec le SLA, mais lorsque nous avons besoin de pièces plus fonctionnelles ou de petites séries de composants fonctionnels, le SLS serait nécessaire. »
