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La fabrication additive, une technologie innovante pour Williams Martini Racing

La fabrication additive, une technologie innovante pour Williams Martini Racing

by Gaëtan Lefèvre23 mars 2017
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Après avoir remporté neuf titres de constructeur et sept championnats du monde de pilotes, Williams Martini Racing est devenu un acteur majeur de l’univers de la Formule 1. Sur ce terrain, la vitesse est aussi importante hors des circuits, dans le département de développement de l’équipe de course, que sur la piste. Pour gagner en vitesse de production au sein de son centre R&D, les ingénieurs de Williams Martini Racing ont intégré avec succès la fabrication additive. En utilisant la technologie EOS, l’écurie a pu construire des parties extérieures de l’aileron avant pour ses voitures de course.

Équilibre vitesse – fiabilité – poids

Le travail de l’écurie de Formule 1 Williams Martini Racing recommence constamment. Tout en travaillant à améliorer continuellement la performance de la voiture actuelle, les équipes d’ingénieurs pensent et se penchent déjà sur le modèle suivant. L’exigence de la Formule 1 oblige à déployer de façon optimale les ressources disponibles, que ce soient en termes de personnel ou de matériel. Dans la construction des voitures de course, les équipes doivent rester fidèles à un ensemble complexe de règles tout en trouvant le meilleur équilibre possible entre la vitesse, la fiabilité (solidité) et le poids des pièces (au plus faible). Chaque saison, l’équipe se lance donc dans un nouveau défi.

Le centre de développement de Williams Martini Racing est basé à Grove, dans l’Oxfordshire, au Royaume-Uni. Comme leurs concurrents, ils utilisent des composites de fibre de carbone depuis de nombreuses années. Ces matériaux ont prouvé leur valeur dans le monde de la Formule 1 car ils offrent une solidité à très faible poids. Cependant, ces matériaux restent très chers. Leur utilisation nécessite la construction coûteuse et complexe de moules et d’outillages. L’ensemble nécessite beaucoup de temps, notamment lorsque l’on essaie de limiter les dépenses inutiles. Le choix des matériaux représente un enjeu majeur lorsqu’il s’agit de produire des composants individuels pour la fabrication de prototypes dans des délais très serrés.

L’équipe de Grove a toujours cru dans les technologies innovantes. Sur ce principe, le département technique s’est attaché à intégrer la fabrication additive dans les processus de production de ses prototypes.

Le prototypage d’aileron

L’aileron est l’une des pièces aérodynamiques centrales de la voiture. Elle assure que les pneus conservent une adhérence optimale lors des virages. Les simulations informatiques prennent en charge les calculs de la conception de cet aileron. Les essais en soufflerie doivent néanmoins se dérouler en conditions réelles car les performances des modèles de calcul sont limitées, malgré tous les algorithmes pris en compte. Intervient alors le concept de « procès et d’amélioration » pour les membres de Williams Martini Racing. Ces derniers examinent plusieurs variations de conception. Puisque les fibres de carbone sont des matériaux chers et difficiles à travailler, il a été décidé de fabriquer de manière additive les prototypes d’aileron pour tester la forme.

Deux imprimantes 3D sont actuellement utilisées pour concevoir ces prototypes : l’EOSINT P 390 et l’EOSINT P 760, pour son grand volume de production. Ces deux machines impriment par frittage au laser. Les ingénieurs de Williams Martini Racing utilisent un logiciel de CAO pour concevoir initialement leurs prototypes d’aileron. Chaque conception comporte des géométries complexes mettant en œuvre les idées et les simulations pour une poussée élevée et optimale. Les membres de l’équipe transfèrent ces premières conceptions au système EOS, qui imprime les moules avec la plus grande précision. Les experts évaluent ensuite la pièce. Pour les composantes réelles en fibre de carbone-composite, ils sont ensuite produits pour être testés sur le circuit.

« Les composites en fibre de carbone offrent des avantages de poids par rapport aux matériaux polymères utilisés en fabrication additive. Nous y mettons le prix pour profiter de ces avantages. Mais le coût en vaut la chandelle, notamment en Formule 1 où un millième de seconde peut faire la différence pour la pôle position. Les composants fabriqués de manière additive se distinguent par leurs faibles coûts de production et leurs grandes stabilités. Ces qualités signifient que nous sommes en mesure de tester rapidement une variation de différents modèles à un faible coût », explique Richard Brady, chef de la fabrication numérique avancée, Williams Martini Racing.« Nous sommes fermement convaincus que la fabrication additive complète parfaitement nos processus de production et réduit considérablement nos cycles de développement de produits. La production de composants déflecteurs d’air à l’extérieur de la face avant a déjà été un succès impressionnant. Nous sommes très satisfaits du processus complet de la conception du prototype, de la fabrication elle-même et de la coopération avec EOS. »

Multiplier les essais

La conception complexe des différentes pièces ne présente aucun problème particulier lors de l’utilisation du procédé de fabrication additive. Son extrême flexibilité est sûrement le plus grand avantage qu’offre cette technologie. Les machines EOS répondent parfaitement aux exigences nécessaires. Mais est-ce le cas avec les exigences centrales de simplification, de production plus rapide et de coûts moindres ?

La réponse est sans équivoque. « Nous avons pu réduire les temps de production parce que nous avons pu concevoir le processus de fabrication d’une manière beaucoup plus simple et plus efficace », confirme Brady. « Pour la première fois, il est possible de tester les composants sans avoir besoin de réaliser une construction de moules complexes, fastidieuse et coûteuse pour des modèles qui sont finalement jetés. » La vitesse de fabrication signifie également que la réalisation de nombreuses autres itérations de conception est possible dans une période donnée. La technologie permet maintenant de multiplier les essais. L’économie totale de temps de développement se traduit par des réductions de coûts. Le succès en course soutient également les flux de revenus de l’équipe. Les composants optimisés donnent des résultats sur la piste – la FIA (Fédération Internationale de l’Automobile) distribue des fonds des recettes publicitaires pour chaque point gagné sur la piste. Le parrainage augmente également lorsque les voitures et les conducteurs surpassent la concurrence. Williams Martini Racing Formula 1 a pris le départ de la course à l’innovation.

Richard Brady, chef de la fabrication numérique avancée, Williams Martini Racing

Williams Martini Racing

Williams Martini Racing est l’une des principales équipes de course de Formula 1. Depuis sa fondation en 1977, l’équipe a remporté le Championnat de constructeur à neuf reprises. Les pilotes de l’écurie ont remporté le Championnat du monde de Formule 1 sept fois.

Informations complémentaires : www.williamsf1.com.

Résumé des avantages de la fabrication additive

La fabrication additive permet une construction plus simple, plus rapide et plus économique des prototypes d’ailerons avant des voitures de course de Formule 1.

  • Efficace : des temps de production réduits permettent d’obtenir plus d’itérations pendant le développement du produit mais aussi de diminuer les coûts.
  • Simplicité : la fabrication additive permet la conception de formes complexes et réorganise la longue et onéreuse production de moules.
  • Fonctionnel : simulation exacte des caractéristiques des composantes réelles.

 

Étude de cas traduite par A3DM Magazine.

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Gaëtan Lefèvre

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