Vers une fabrication à grande vitesse et peu dispendieuse de pièces légères pour le secteur automobile

 

- Ottawa,

Depuis l'invention du moteur à combustion, l'automobile ne cesse de progresser. Si l'industrie a connu des changements radicaux au fil des ans, les constructeurs se sont surtout attachés à rendre les moteurs plus efficaces et plus performants, tout en intégrant l'électronique aux véhicules. Cependant, au cours des dernières décennies, la nécessité de construire des véhicules plus économes en énergie et plus écologiques a engendré de nouveaux défis.

À mesure que les progrès technologiques permettent la création de nouveaux matériaux plus légers, tels que l'aluminium et les composites polymères de haute performance, adapter les procédés de fabrication pour produire massivement des pièces avec ces matériaux de pointe représente encore aujourd'hui un changement d'une grande complexité. Pour aider l'industrie à relever ce défi, les spécialistes en composites et polymères du Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) ont mobilisé toute la chaîne d'approvisionnement, en créant en 2017, un nouveau groupe de recherche-développement (R‑D) industrielle nommé « STAMP Composites ».

Le groupe, qui s'est achevé en avril 2021, avait pour objectif de s'attaquer aux difficultés auxquelles se bute l'industrie automobile au niveau de la fabrication de composantes en composites thermoplastiques à haute performance, et ainsi permettre aux entreprises d'acquérir de nouvelles compétences, créer des débouchés et gagner en compétitivité. L'initiative, axée sur la collaboration, a réuni des partenaires industriels de la chaîne d'approvisionnement de l'automobile au grand complet pour aboutir à l'élaboration d'un procédé peu onéreux, mais très rapide permettant de fabriquer des pièces de  composites thermoplastiques de pointe.

Élaboration d'un procédé de fabrication de masse pour les pièces en composites

Depuis quelques années, l'industrie des transports terrestres porte un intérêt grandissant pour les matériaux composites polymères de haute performance afin d'alléger les véhicules et ainsi les rendre plus écoénergétiques. Or, un court cycle de production est nécessaire à l'adoption de ces matériaux pour la fabrication de masse de composantes automobiles.

Un des procédés les plus prometteurs pour fabriquer des pièces en composites en grand nombre est celui du formage-estampage, un procédé semblable à l'estampage du métal que l'on peut appliquer à la production des composites thermoplastiques. Dans ce procédé, une feuille composite est d'abord chauffée dans un four externe au‑dessus de la température de ramollissement de la matrice en polymère, puis la feuille composite est transférée rapidement dans une presse afin de l'estamper à la géométrie souhaitée. Jusqu'à présent, peu de travaux ont été entrepris sur le développement de ce procédé et à son adaptation aux conditions industrielles du secteur automobile, au Canada. De plus, très peu d'expertise est disponible sur les techniques de caractérisation non destructives rapides qui conviennent à l'inspection des pièces estampées.

« De nombreux facteurs ont joué un rôle décisif dans la genèse du groupe STAMP Composites. Grâce à notre savoir-faire sur les composites à haute performance, nous avons proposé une solution qui règlerait plusieurs problèmes fondamentaux cernés par l'industrie et nos partenaires », explique David Trudel‑Boucher, chercheur principal au Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface et chef technique du groupe. « Nous voulions profiter des compétences des constructeurs automobiles pour mettre en place un nouveau procédé de fabrication, plus rapide et plus efficace, qui faciliterait le transfert de la technologie », poursuit‑il. Le coût de fabrication et la rapidité d'exécution figuraient parmi les principaux paramètres examinés quand le projet a été défini. S'y ajoutaient la qualité du produit ainsi qu'un transfert efficace et rapide du savoir‑faire.

Des pièces en composites fiables pour la chaîne d'approvisionnement de l'industrie automobile

STAMP Composites a rassemblé divers acteurs comme des fabricants automobiles, des fabricants de niveaux 1 et des fabricants de pièces, des fabricants de moules et des producteurs de matériaux afin qu'ils mettent leur expertise en commun et aient accès aux chercheurs ainsi qu'aux installations spécialisées du CNRC. Le Centre technologique en aérospatiale (CTA) a complété l'offre du CNRC en dispensant son expertise technique dans la recherche de méthodes d'inspection non destructives.

Pour Nathalie Legros, Chef de programme pour la fabrication de produits en polymère et composite au Centre de recherche sur l'automobile et les transports de surface, « bâtir un écosystème dans lequel de nombreux partenaires industriels se partagent les coûts de développement, diminue les risques liés au développement de la technologie et donne un accès non seulement à une infrastructure unique à l'échelle expérimentale, mais aussi industrielle s'avère un modèle de R‑D efficace qui permet au CNRC de faire sortir les innovations du laboratoire pour les amener sur le marché. »

Grâce à cette initiative, l'équipe a atteint plusieurs objectifs primordiaux, en l'occurrence le développement et l'optimisation d'un procédé d'estampage pour les composites, la sélection des bons composites thermoplastiques, l'adaptation des méthodes et des techniques d'assemblage, la fabrication d'un démonstrateur technologique et la tenue d'essais pour vérifier la performance. Un résultat majeur a été la création d'une pièce unique pour un véhicule, qui sera testé sous peu.

« Le groupe STAMP Composites s'est avéré une plateforme formidable pour mettre au point un démonstrateur technologique qu'un fabricant de voitures soumettra bientôt à des essais routiers. Nous sommes fiers de cette réalisation et attendons impatiemment le lancement de STAMP Hybrides, un nouveau groupe multipartenaire qui poussera l'avancement et l'optimisation de notre solution plus loin en réduisant encore davantage les coûts de fabrication avec un procédé d'estampage de matériaux composites/métalliques en une seule étape », ajoute Mme Legros.

Aider l'industrie à rehausser la performance des véhicules avec des pièces d'une grande technicité

Puisque le monde penche désormais vers des moyens de transport à faibles émissions de carbone, l'usage de matériaux légers contribuera énormément à atténuer l'impact des véhicules sur l'environnement, non seulement en réduisant les émissions de carbone que dégage le moteur à combustion classique, mais aussi en augmentant l'autonomie des véhicules électriques.

« Magna se concentre sur la fabrication de produits avec lesquels sa clientèle pourra atteindre ses objectifs de durabilité, notamment un avenir carboneutre et une meilleure économie de carburant. La solution proposée par STAMP Composites permet une réduction de poids de 50% comparativement aux solutions métalliques. Le temps de cycle est de moins d'une minute par pièce et le procédé s'adapte aisément à l'infrastructure existante. Nous sommes fiers d'avoir contribué au succès de ce projet », affirme Brian Krull, directeur mondial de l'innovation chez Magna Exteriors.

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