Volvo Car Gent a découvert qu’en améliorant les performances des outils et accessoires et en rationalisant l’approvisionnement de ces derniers, il était possible de réaliser des économies, d’augmenter les marges de production et bien plus encore. Comment ? En associant des pièces imprimées en 3D et des pièces prêtes à l’emploi pour créer plus rapidement des solutions sur mesure. Ce nouveau gabarit d’encollage regroupe tous les anciens composants dans un seul accessoire, est plus léger de 64 %, peut être livré en seulement deux semaines et coûte presque deux fois moins cher que l’ancien gabarit.

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Les lignes de production automobile modernes sont rapides, complexes et extrêmement bien chorégraphiées. Elles s’appuient largement sur la technologie et l’automatisation, mais aussi sur les innombrables outils et accessoires créés spécifiquement pour les lignes ou même pour des modèles de voitures spécifiques.

Ces composants uniques créés sur mesure sont rarement mis en lumière lorsqu’il est question d’innovation des lignes de production. Volvo Car Gent et Materialise en ont décidé autrement. Ensemble, nous avons découvert qu’en améliorant les performances des outils et accessoires et en rationalisant l’approvisionnement de ces derniers, il était possible de réaliser des économies, d’augmenter les marges de production et bien plus encore. Comment ? En associant des pièces imprimées en 3D et des pièces prêtes à l’emploi pour créer plus rapidement des solutions sur mesure. Le premier cas concernait un gabarit d’encollage qui aide les opérateurs à fixer plusieurs versions combinées du logo Volvo, du numéro de modèle et d’autres informations sur le coffre de chaque voiture neuve.

Le nouveau gabarit d’encollage regroupe tous les anciens composants dans un seul accessoire, est plus léger de 64 %, peut être livré en seulement deux semaines et coûte presque deux fois moins cher que l’ancien gabarit.

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Impression des lignes de production : commencer petit

Près de la moitié de la production automobile annuelle de Volvo (533 000 au total en 2016) provient de la ligne d’assemblage de Volvo Car Gent, à Gand en Belgique. Le site s’occupe de la production des modèles XC60, S60 et V40, ainsi que des variantes Cross Country de ces modèles, et produit environ 57 voitures par heure pour ses clients à travers le monde. C’est un environnement difficile au rythme soutenu, qui laisse peu de place à l’erreur.

L’une des étapes cruciales, bien qu’humble, de l’assemblage d’une voiture Volvo est le « marquage » du véhicule avec le logo, le numéro de modèle et d’autres informations. Ce marquage varie d’un modèle à l’autre, mais doit impérativement être apposé de manière précise et cohérente, rapidement et sans endommager la peinture sur le coffre. Auparavant, cette procédure était réalisée grâce à plusieurs gabarits d’encollage encombrants différents que les ouvriers devaient hisser à l’arrière de la voiture afin d’apposer les marques souhaitées au bon endroit, avec l’alignement correct.

Hannes Wauters, ingénieur en équipement chez Volvo Car Gent, est toujours à la recherche de nouvelles solutions pour améliorer ces types d’accessoires de production. En collaboration avec Materialise, lui et son équipe ont identifié les gabarits d’encollage comme pièce idéale pour l’impression 3D d’un équipement de ligne de production.

Hannes explique :: « Les accessoires de production font souvent l’objet de réparations rapides pour garantir le fonctionnement de la ligne. Nous faisons donc souvent appel à des méthodes de fabrication traditionnelles dans ces cas, car c’est ce que nous maîtrisons. Nous n’avons pas souvent le temps de faire des expérimentations. Mais lorsque l’occasion se présente, nous n’hésitons pas. Le nouveau gabarit d’encollage était destiné aux modèles dont la production devait commencer en janvier 2017. Nous avons donc bénéficié d’un peu plus de temps pour le développer. Les anciens gabarits étaient déjà équipés de quelques pièces imprimées en 3D. C’était donc l’occasion de faire des essais et d’évaluer les avantages des méthodes de fabrication additive, en créant une pièce de A à Z. »

Adieu l’ancien modèle encombrant, sujet aux dommages et difficile à réparer

Les anciens gabarits étaient fabriqués par soudure et étaient très lourds. Ils étaient difficiles à étalonner et offraient des marges de tolérance jusqu’à +/- 2 mm. Les gabarits se cassaient facilement en cas de chute accidentelle et les délais d’approvisionnement étaient d’au moins 6 semaines. Le nouvel accessoire devait répondre aux exigences suivantes : alignement précis et répétabilité sans laisser aucune marque sur la peinture. En outre, la pièce devait être solide et légère.

Hannes ajoute : « La durabilité de la pièce était l’aspect le plus important pour nous. Un accessoire comme le gabarit d’encollage doit résister à un environnement industriel difficile et exigeant. »

Alternative modulaire : réimaginer le gabarit d’encollage avec l’impression 3D

3D-printed jig for Volvo Car Gent

Mathieu Cornelis, gestionnaire de comptes chez Materialise, explique comment Materialise a créé cette nouvelle pièce : « Lorsque nous avons examiné le gabarit d’encollage pour la première fois, pour déterminer s’il était compatible avec l’impression 3D, nous nous sommes tout de suite aperçus qu’il n’était pas forcément nécessaire de créer une pièce monobloc, même s’il s’agissait d’un accessoire assez encombrant. Nous nous sommes alors intéressés à des matériaux légers, résistants à la déformation et moins sensibles à la température, facilement disponibles, pour obtenir rapidement la dimension souhaitée du cadre sans l’alourdir. Nous avons ensuite pu faire appel à la fabrication additive pour les détails plus fins du gabarit. »

L’équipe a choisi des tubes en carbone standard pour créer un cadre basique et extrêmement léger, avant de créer des points de connexion imprimés en 3D, des amortisseurs et des tampons pour les raccorder. Grâce à l’approche modulaire, une multitude de technologies et de matériaux ont pu être utilisés, de manière à exploiter leurs propriétés spécifiques. Par exemple, les tampons ont été imprimés à l’aide de TPU (polyuréthane thermoplastique), pour ses propriétés proches du caoutchouc et hautement durables. Ainsi, l’accessoire résiste aisément aux chutes.

Les points de connexion ont été imprimés en PA-12 (un type de polyamide), qui est particulièrement adapté aux pièces d’emboîtage complexes. Les canaux d’encollage spécialement conçus, qui ne peuvent être créés que par impression 3D, entre ces points de connexion et les tubes en carbone, assurent un bon fonctionnement mécanique, ainsi qu’une jointure adhésive entre les pièces.

Tolérances haute précision et étalonnage facile pour un accessoire particulièrement esthétique

Un nouvel accessoire d’étalonnage spécial a été installé à la place de l’ancien, qui utilisait un processus d’étalonnage du gabarit sur le coffre d’une autre voiture, dont les dimensions peuvent varier en fonction des températures ambiantes. Ce processus entraînait donc des erreurs fréquentes. Ce nouveau gabarit d’encollage, dont la procédure d’étalonnage a été simplifiée et dont la structure est plus précise, offre des marges de tolérance inférieures à 0,2 mm.

Il en ressort alors un accessoire moins coûteux (48 % d’économies), 64 % moins lourd et qui peut être assemblé très rapidement. Il tire profit des propriétés de chaque composant individuel et crée toutes les combinaisons de modèles d’encollage possibles pour créer un gabarit. Grâce à sa modularité, il est facile à régler, à étalonner et à réparer.

 

  Hannes ajoute :

« J’ai été ébahi par le niveau de précision de ce nouvel accessoire. Désormais, nous obtenons des tolérances plus précises et nous avons réduit les taux de déchets et de modifications. Les ouvriers de la ligne l’adorent. Le nouveau gabarit est beaucoup plus léger et plus facile à manier. Ils n’ont plus peur de le casser et l’accessoire est beaucoup plus ergonomique. Plus personne ne veut plus de l’ancien accessoire ! »

 

« Et surtout, grâce à ce projet, nous avons énormément appris. Désormais, nous envisageons réellement les solutions additives dans nos processus et cela nous a permis d’ajouter une nouvelle corde à notre arc. Ainsi, nous pouvons continuer à améliorer notre ligne. Et pour finir, même si cela peut paraître insignifiant, le nouvel accessoire est vraiment esthétique et moderne. Lorsque je fais visiter la ligne, je m’arrête toujours au niveau du gabarit parce qu’il est vraiment beau. C’est peut-être un détail, mais ça me rend fier du travail accompli. »