Lamborghini et le prototypage rapide

Des composants légers sont le secret d’une supercar ultra-rapide

« Les nombreuses itérations de prototypes effectuées au cours du processus de fabrication ont contribué à fournir un meilleur ajustement lors de l’assemblage et une amélioration des chemins de charge »

Paolo Feraboli, Université de Washington

Elue voiture de l’année par Top Gear en 2011, la Lamborghini Aventador, une voiture de sport deux places, affiche une accélération de 0 à 100km/h en 2,9 secondes et une vitesse de pointe de 350km/h. Le tout pour un prix d’un peu moins de 400 000$. La supercar est 9% plus puissante, 20% plus économe et 6% plus légère que son prédécesseur, la Murciélago.

Le secret d’une telle performance réside dans son châssis monocoque en fibre de carbone à renfort (CFRC). Le constructeur a fait appel à une seule coque de fibre de carbone de 205cm de long, 189cm de large et 101cm de haut, soit la plus grande composante CFRC jamais vue dans l’histoire de l’automobile. La structure monocoque pèse 147 kg. L’ensemble composé par la carrosserie et le châssis pèse incroyablement léger, soit 229kg.

Des enjeux très importants

La marque italienne Automobili Lamgorghini S.p.A a été reprise par Audi, une filiale du Groupe Volkswagen au même titre que d’autres marques telles que Porsche, Bugatti et Bentley. L’Automobili Lamborghini Advanced Composite Structures Laboratory, ou Lamborghini Lab, en partenariat avec l’Université de Washington assure la conception détaillée, le contrôle qualité, l’amélioration des process et les essais techniques des matériaux CFRC qui composent 50% du poids de l’Aventador. Beaucoup de prototypes ont été nécessaires pour valider le montage, les chemins de charge et corriger les éventuels problèmes qui n’étaient pas visibles sur l’écran de l’ordinateur.

« Nous sommes contraints d’obtenir le design parfait dès le premier essai, car l’outillage utilisé pour produire la monocoque coûte plusieurs millions de dollars », a déclaré Paolo, professeur de matériaux et structures aéronautiques à l’Université de Washington et directeur de la Lamborghini Lab.

Avec l’approche traditionnelle, pour fabriquer un prototype de la cuve intérieure de la monocoque, il fallait d’abord confectionner un modèle réduit de l’outillage, puis créer le prototype avec du CFRC. Tout ce processus prend environ 4 mois et coûte 40 000$.

« Nous étions curieux de découvrir une méthode de prototypage plus rapide qui soit capable de produire des pièces assez robustes pour résister aux contraintes de montage et de manipulation », a souligné Féraboli. « Nous étions également intéressés par une méthode de production rapide de petites pièces nécessitant une résistance mécanique et des performances accrues face à des températures très élevées ».

Un système parfait

L’enveloppe de construction Fortus est suffisamment grande pour produire un modèle à l’échelle 1/6 de la carrosserie et du châssis d’un seul tenant. La Lamborghini Lab a achevé le prototype complet en deux mois. Cette durée inclut l’impression et l’assemblage des pièces. Le temps de construction de la cuve intérieure est de 6,3 jours et le coût de la matière est de 560$. Au total, le temps qu’il a fallu pour construire le prototype est de 20 jours pour un coût total de 3 000 $.

« L’imprimante 3D Fortus est parfaite vu sa capacité à imprimer des modèles de haute résistance et de haute résolution avec du thermoplastique de qualité industrielle et des outillages personnalisés en matériaux composites, le tout revenant moins cher que la méthode traditionnelle »

a déclaré Tom Goulet de CIMTECH, le revendeur Stratasys basé à Seattle.

Beaucoup d’itérations

« Les nombreuses itérations de prototypes effectuées au cours du processus de fabrication ont contribué à fournir un meilleur ajustement lors de l’assemblage et une amélioration des chemins de charge »

a dit Feraboli.

La firme Automobili Lamborghini S.p.A dispose dans son usine à San’Agata Bolognese, en Italie, de deux imprimantes 3D Stratasys dont un système d'imprimantes 3D profesionnelles de production Fortus et une imprimante 3D. Maurizio Reggiani, vice-président de Lamborghini et directeur de la technologie, a déclaré : « Nous avons fait un usage intensif de FDM pour fabriquer des prototypes fonctionnels de la nouvelle transmission à 7 vitesses spécialement conçue pour l’Aventador. Celle-ci offre un décalage temporel de 50ms, soit le plus rapide qu’on ait jamais vu dans l’histoire de l’automobile ». La transmission à simple embrayage, basée sur le concept de l’indépendance de la tige, est une fonctionnalité typique de l’Aventador avec le châssis monocoque et les suspensions à poussoir en CFRC.

Peu de temps après le dévoilement de l’Aventador, la société a annoncé qu’elle a déjà vendu la production de la première année. « L’Aventador est la première étape », a souligné Feraboli.

« La fibre de carbone n’est pas seulement pour les supercars. Elle peut améliorer la consommation d’essence et réduire les émissions à effet de serre sur toutes les automobiles. Nous cherchons à utiliser de plus en plus la fibre de carbone pour booster la production de voitures au sein du groupe ».

 Comparatif de la méthode FDM et de la méthode traditionnelle

Méthode traditionnelle : 40 000$ - 120 jours
Technologie FDM : 3 090$  - 20 jours
Economies : 36,910$ (92%) - 100 jours (80%)