Augmentation de la production de composants en matériaux composites dans l’industrie automobile

Matériaux composites et industrie automobile

| Auteur / Rédacteur: Marius Mützel, Product Manager Kistler Group / Gilles Bordet

En raison de leur excellent rapport résistance-masse et de leur rigidité, les composites sont idéals dans l’industrie automobile.
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En raison de leur excellent rapport résistance-masse et de leur rigidité, les composites sont idéals dans l’industrie automobile. (Source : Kistler)

Les composants en composites offrent des performances mécaniques remarquables et ce pour une faible masse au regard d’autres matériaux.

Raison pour laquelle leur emploi est en croissance. Les matériaux composites, notamment ceux chargés en fibres, étaient principalement utilisés dans l’aérospatiale. S’ajoute aujourd’hui l’emploi croissant de ces matériaux par l’industrie de l’automobile, soucieuse de réduire la masse de ses véhicules afin de respecter les obligations réglementaires concernant la réduction des émissions de CO2. En effet, la règle est bien connue, des voitures plus légères consomment moins d’énergie et par conséquent moins de carburant. Les constructeurs, pour atteindre leurs objectifs de 2030, se contraignent donc à porter la part d’emploi des matériaux composites dans leur véhicule de 30 à 70%. Les véhicules à moteur électrique seront également bénéficiaires de l’emploi des matériaux composites. Permettant de compenser l’excès de masse des trains roulants à moteur intégré et également de la masse des batteries embarquées.

En ce sens, une étude du cabinet de consultants McKinsey & Company prévoit que les fournisseurs de l’automobile verront une forte hausse de leurs revenus générés par la fabrication de pièces en matériaux composites légers. Pièces fabriquées par le passé en aciers à haut module, en aluminium, voire en thermoplastiques chargés en fibres de carbone. En fonction de la tendance des prix des matières premières, ces revenus vont probablement passer de 70 à 300 milliards d’Euros d’ici 2030. Une croissance régulière de 5% pour les mats de fibre seule est prédite.

En raison de leur excellent rapport résistance-masse et de leur rigidité, les composites sont idéals dans l’industrie automobile. L’utilisation des composites tissés ou fibrés en substitution de l’acier peut réduire la masse d’une pièce de 30%, voire plus. L’augmentation des volumes de production de ces composants par le secteur automobile sollicite l’optimisation des processus de fabrication tels que le moulage par transfert de résine haute pression (RTM HP). Notamment en termes d’automatisation et de cadence. De plus en plus souvent, des capteurs de pression sont utilisés pour surveiller ces processus et garantir la meilleure reproductibilité de la qualité. De tels capteurs assistent les fabricants dans l’amélioration des procédés et la détection des éventuelles pièces non conformes.

Assurance qualité dans l’industrie automobile

La production d’un capot moteur utilisant le processus RTM-HP montre clairement l’importance de la surveillance de la pression dans l’empreinte lors du transfert et de la cuisson de la résine. Afin de minimiser les temps de cycle, des résines dites réactives sont utilisées dans ce processus. Cette particularité nécessite des vitesses d’injection plus rapide et génère donc l’augmentation significative de la pression au regard d’un processus de RTM conventionnel (basse pression). La pression dans le moule est de l’ordre de 150 bars en processus RTM-HP.

Le capot moteur est un composant relativement grand et lourd, ainsi il constitue une cible de choix dans une stratégie de réduction de masse avec l’emploi de matériaux légers. Un capot moteur doit répondre aux exigences de catégorie A pour l’état de surface (Perfection de l’aspect) tout en étant conforme quant à ses caractéristiques mécaniques. Lors du cycle de fabrication, la surveillance de la qualité par mesure de pression d’empreinte permet l’identification des imperfections avant même le démoulage de la pièce. Un des intérêts est de s’affranchir de l’exécution des opérations de parachèvement en peinture à forte valeur sur des pièces finalement rebutées. Les coûts élevés de production et de matières premières justifient donc le besoin d’identifier les défauts le plus en amont possible. Cet objectif peut être atteint avec l’emploi des systèmes de surveillance de processus. Kistler propose des capteurs adaptés à l’environnement des procédés de transformation des matériaux composites, et des systèmes complets de collecte et traitement en temps réel des informations.

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