Magazine Mardi 21 août 2018 - 10:45

La fabrication additive, une technologie innovante pour Williams Martini Racing

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L’écurie de Formule 1 Williams Martini a choisi EOS pour l’aider dans le développement des éléments aérodynamiques de l'aileron avant de ses voitures de course, permettant ainsi deux grandes avancées : plus d’essais réalisés grâce à un temps de fabrication réduit et de substantielles économies sur le budget de développement. A3DM Magazine vous présente cette étude de cas d'EOS.

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 soit 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 ses concurrents, il utilise 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. Il 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.

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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 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 composants réels 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 pole 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 chez 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. »

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Richard Brady, chef de la fabrication numérique chez Williams Martini Racing.

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 Richard 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 : 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.

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