Brevet FR3141673A1 — publié le 20240510

L'invention concerne un procédé d’implantation d’une interface fonctionnelle (2) sur une pièce support (1), caractérisé en ce qu’on rapporte et on fixe sur la pièce support l’interface fonctionnelle puis on réalise, par impression 3D sur la pièce support, un élément de maintien (3) de ladite interface. Figure de l’abrégé (Fig. 1) ProcÉDÉ d’implantation d’Interfaces fonctionnelles sur des piÈces de vÉhicule automobile par impression 3D L’invention concerne le domaine de l’intégration d’éléments fonctionnels sur des véhicules automobiles et s’intéresse, plus particulièrement, à l’implantation de pièces spécifiques et à l’ajout sur ces pièces d’interfaces techniques dédiées. La diversité des interfaces techniques qui doivent être réalisées sur les nombreuses pièces présentes dans les véhicules automobiles nécessite des installations industrielles qui sont spécifiquement adaptées pour gérer cette diversité de manière fiable et qualitative. De manière générale, les pièces utilisées dans le secteur automobile sont structurées et dimensionnées pour répondre à des contraintes mécaniques prédéterminées et bien définies. Un besoin de fonctions supplémentaires nécessite généralement une nouvelle conception, au moins partielle, de ces pièces qui peut affecter le coût global de fabrication des véhicules. Il existe aujourd’hui différentes méthodes mécaniques, thermiques, ou chimiques permettant d’implanter et/ou d’assembler, a posteriori, des interfaces fonctionnelles sur des pièces ou des éléments de structure préalablement réalisés et mis en forme (par emboutissage, pliage …). Cependant, les méthodes traditionnelles qui consistent à ajouter une pièce métallique sur une structure ou sur une pièce existante nécessitent, à la fois, de disposer d’un espace important pour loger cette pièce, de fabriquer des éléments supplémentaires ce qui génère des coûts significatifs et d’assembler ensuite ces éléments sur la structure ou la pièce. La technique d’impression 3D consiste à associer localement, à des pièces support, des interfaces fonctionnelles métalliques par un procédé comprenant une impression 3D de métal. Cette dernière méthode, dite aussi de fabrication additive, permet notamment d’optimiser la masse de matière ajoutée sur les pièces dans le cadre d’une recherche globale de l’allègement des pièces mécaniques. Mais, les procédés mis en œuvre actuellement en utilisant cette technique pour greffer ces interfaces ne sont pas flexibles et ne permettent pas, en outre, d’optimiser l’agilité sur la ligne de production car ils exigent l’utilisation d’outils propres à chaque pièce et à chaque fonction que l’on souhaite implanter. Il s’avère que les procédés existants ne s’appliquent en général qu’à un seul type de pièce ou d’équipement. Ainsi, la demande de brevet US20190270395A1, par exemple, décrit la réalisation de clip par impression 3D sur un siège de véhicule. En outre, les procédés connus ne permettent de réaliser qu’un seul type d’interface, par exemple, une interface à fonction d’anti-rotation, comme décrit dans la demande de brevet US20150328803A1. Dans ce contexte, l’invention a cherché une solution qui, dans son aspect le plus général, permette de résoudre de façon simple et efficace les problèmes techniques posés par les méthodes précédemment mises en œuvre. Ainsi, l’invention propose un procédé d’implantation par impression 3D, applicable à différents types de pièces de support, permettant la réalisation d’interfaces adaptables et reconfigurables, aptes et destinées à assurer des fonctions très diversifiées. Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé d’implantation d’une interface fonctionnelle sur une pièce support, caractérisé en ce qu’on rapporte et on fixe sur la pièce support l’interface fonctionnelle puis on réalise, par impression 3D sur la pièce support, un élément de maintien de ladite interface. Selon un premier mode de mise en œuvre du procédé de l’invention, l’interface est fixée sur la pièce support au moyen d’une colle qui est polymérisée au cours d’une phase ultérieure. Selon un autre mode de mise en œuvre du procédé de l’invention, l’interface fonctionnelle est fixée sur la pièce support au moyen d’un élément de liaison réalisé lui aussi par impression 3D. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, le profil et les dimensions de l’interface sont déterminés en vue d’assurer au moins l’une des fonctions prise dans le groupe constitué de l’anti-rotation, de l’assemblage de pièces entre elles, de l’indexation de pièces, du renfort de la pièce support, de détrompage. Selon une autre caractéristique du procédé de l’invention, on réalise l’impression 3D avec un matériau métallique homogène. Un autre objet de l’invention est une pièce mécanique pourvue d’une interface fonctionnelle et d’un élément de maintien de ladite interface, ladite pièce étant réalisé au moyen du procédé de l’invention. Encore un autre objet de l’invention est un véhicule automobile pourvu d’au moins une pièce mécanique pourvue localement d’une interface fonctionnelle et d’un élément de maintien réalisé au moyen du procédé tel que défini ci-dessus. Ainsi, dans son principe, l’invention propose un perfectionnement des procédés traditionnels d’implantation d’interfaces fonctionnelles qui permet d’obtenir, par le biais de l’impression 3D, une solution adaptable, reconfigurable et efficiente, au problème technique posé par les procédés antérieurs. L’intérêt de l’invention réside dans son application à une grande diversité de pièces mécaniques en offrant la possibilité d’y implanter de nombreuses et diverses interfaces fonctionnelles tout en conservant la fonctionnalité initiale de la pièce support. En outre, le procédé de l’invention peut être mis en œuvre avec les outils traditionnels sur la ligne de fabrication existante et permet de réaliser plusieurs interfaces fonctionnelles sur une même pièce en garantissant une agilité optimale. Ce procédé permet aussi d’ajouter des fonctions supplémentaires à une pièce mécanique existante telles que le pré-maintien, l’encliquetage, la fixation positive, l’anti-rotation, le renfort, l’indexage, l’étanchéité, etc., et est compatible avec toutes les pièces généralement présentes sur les véhicules automobiles. Le procédé de l’invention peut aussi permettre d’améliorer la fonction d’isolation acoustique voire d’atténuation des vibrations, le cas échéant, sur une même pièce support en adaptant l’interface rapportée à l’épaisseur et à la forme de la pièce. L’invention permet aussi de limiter le temps de réaction en cas de besoin urgent et ponctuel et d’augmenter ainsi la réactivité tout en réduisant le nombre d’outils nécessaires pour intervenir sur la ligne de production ce qui offre un gain économique significatif. Sur le plan logistique, l’invention s’affranchit de l’achat de pièces à des fournisseurs extérieurs en créant des pièces multi-fonctionnelles directement sur le site de montage. Par ailleurs, l’invention permet de diminuer l’impact environnemental lié à la logistique du transport. L’utilisation de matériaux homogènes (par exemple acier-acier) facilite les possibilités de recyclage des pièces. Grâce au procédé d’impression 3D, la matière n’est utilisée qu’en une juste quantité nécessaire, contrairement aux solutions standardisées qui ne sont pas nécessairement adaptées au besoin. En outre, l’invention évite les diversités de pièces en bord de ligne ainsi que les contraintes de stockage et permet de réduire le nombre d’opérateurs. Enfin, ce procédé permet l’implantation d’interfaces provisoires en attendant le greffage ultérieur de solutions fonctionnelles permanentes et son application n’est pas restreinte à des zones particulières de la pièce support sur laquelle on vient intégrer une nouvelle interface. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : est une vue schématique de côté d’un premier mode de mise en œuvre du procédé d’implantation selon l’invention. est une vue de dessus d’un second mode de mise en œuvre du procédé de l’invention appliqué à la fixation d’un câble électrique sur la caisse d’un véhicule. est une vue schématique de côté de la mise en œuvre du procédé de la . sont des vues schématiques d’un troisième mode de mise en œuvre du procédé de l’invention appliqué à la fixation d’un boîtier électronique sur la carrosserie d’un véhicule et sur lesquelles les vues du haut sont de côté et les vues du bas de dessus, respectivement, à gauche avant la mise en œuvre du procédé et, à droite pendant et après sa mise en œuvre. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont indiqués par des signes de référence identiques dans la description qui va suivre et sur la figure. Naturellement, les modes de mise en œuvre de l’invention illustrés schématiquement par la figure présentée ci-dessus et décrite ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu dans le cadre de l’invention que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. L’invention concerne le domaine de l’implantation d’une ou plusieurs interfaces fonctionnelles sur une pièce mécanique de support, l’ensemble étant destiné à être monté sur un véhicule automobile. Le procédé de l’invention consiste en un perfectionnement des procédés d’implantation existants. Un premier mode de mise en œuvre du procédé de l’invention est représenté schématiquement sur la et illustre un exemple d’’implantation d’un élément de renfort de la structure d’un véhicule, notamment en fonction de la masse de la batterie, dans les longerons ou sur les portes. Un tel renfort est parfois exigé par la législation de certains pays en termes de résistance aux chocs. Le procédé de l’invention comprend, la fixation sur la pièce support 1 d’une interface fonctionnelle 2 sous forme d’un élément rapporté (sur la , un élément de renfort) puis la réalisation sur cette pièce support, par impression 3D, d’un élément 3 de maintien (ou de pré-maintien) de l’interface 2. Sur la , l’élément de maintien est réalisé ici en forme de L. La technique d’impression 3D consiste à déposer de la matière sur la pièce support 1 de façon éventuellement séquencée, sous forme de points, de cordons ou de nervures, pour créer des fonctions complémentaires On peut ainsi prévoir plusieurs interfaces adressables pour répondre à de multiples besoins. Selon une première variante de mise en œuvre du procédé de l’invention, l’interface 2 est fixée sur la pièce support 1 au moyen d’une colle (notamment si l’environnement ne permet pas la réalisation de PSE) qui est polymérisée au cours d’une phase ultérieure du procédé d’implantation (par exemple, en étuve lors de l’opération de peinture). Selon une seconde variante de mise en œuvre du procédé de l’invention l’interface fonctionnelle 2 est fixée sur la pièce support 1 au moyen d’un élément de liaison 4 réalisé lui-aussi par impression 3D, comme illustré par la . Les figures 2 et 3 illustrent un mode de mise en œuvre du procédé de l’invention en vue de la fixation d’une interface 2 constituée ici de l’extrémité 2a d’un câble électrique sur la caisse support 1 en acier d’un véhicule automobile. L’élément de maintien 3 réalisé in situ par impression 3D est ici positionné de façon à orienter correctement le câble 2 avant sa fixation sur la caisse 1 par des vis. La illustre un autre mode de mise en œuvre du procédé de l’invention pour la fixation sur la carrosserie d’un véhicule automobile d’une interface 2 constituée ici d’un boîtier électronique. L’élément 3 de forme en U assure ici le maintien du boîtier 2 avant sa fixation sur la carrosserie support 1 au moyen d’un organe de vissage 2b indépendant (une fois le boîtier 2 immobilisé). Le procédé d’impression 3D permettant de réaliser l’élément 3 de maintien ou de pré-maintien selon l’invention est mis en œuvre au moyen d’un équipement 5 (dont l’un est représenté schématiquement sur la ). Un tel équipement procède, de manière connue, soit de la technologie dite DED (« Direct Energy Deposition »), soit de la technologie dite WAAM (« Wire Arc Additive Manufacturing »). Ces deux technologies utilisent une source de chaleur, respectivement, un faisceau laser ou un arc électrique, pour faire fondre une poudre de métal ou un fil métallique. Dans les deux cas, l’équipement d’impression 3D permet ainsi d’assurer la fusion de la matière d’apport qui va servir à assurer la réalisation in situ de l’élément de maintien 3 et aussi, le cas échéant, la liaison 4 entre la pièce support 1 et l’interface fonctionnelle 2. Le profil et les dimensions de l’interface 2 sont déterminés en vue d’assurer au moins l’une des fonctions prise dans le groupe constitué de l’anti-rotation, de l’assemblage de pièces entre elles, de l’indexation de pièces, du renfort de la pièce support, de détrompage. Toutefois, l’invention n’est pas limitée aux fonctions définies ci-dessus et peut intégrer tous types d’interfaces qui soient compatibles avec un procédé d’impression 3D métallique. L’élément de maintien 3 ou de pré-maintien est réalisé par une impression 3D lui donnant toutes formes géométriques (cylindrique, en « L », en « U » …) adaptées aux profils et aux géométries des interfaces fonctionnelles 2 et/ou des pièce support 1 sur laquelle ces interfaces sont destinées à être fixées, de manière temporaire ou permanente. Dans le cas d’un pré-maintien, l’élément 3 permet d’immobiliser la pièce support 1 en attendant sa fonctionnalisation par une interface réalisée par tout autre moyen (collage, vissage, renforcement, …). Dans le cas d’une application du procédé de l’invention à une fabrication industrielle de pièces mécaniques en série, l’ajout ou la modification de fonctionnalités et d’interfaces pourra se fait rapidement et est reconfigurable. L’invention offre ainsi une solution ergonomique et flexible qui favorise l’adaptabilité et permet de répondre agilement et rapidement à de potentielles situations de crise. Le recours à des opérations manuelles pour la pose ou la dépose de pièces n’est plus nécessaire. Dans le cas d’une application de l’invention à une fabrication de prototypes ou avec une faible cadence, le procédé permet d’apporter des solutions flexibles répondant à un besoin immédiat tout en gagnant en ergonomie, par exemple, en termes de pose et de dépose de pièces (notamment pour des boulons et écrous). Procédé d’implantation d’une interface fonctionnelle (2) sur une pièce support (1), caractérisé en ce qu’on rapporte et on fixe sur la pièce support l’interface fonctionnelle puis on réalise, par impression 3D sur la pièce support, un élément de maintien (3) de ladite interface. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’interface est fixée sur la pièce support (1) au moyen d’une colle qui est polymérisée au cours d’une phase ultérieure. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’interface fonctionnelle (2) est fixée sur la pièce support (1) au moyen d’un élément de liaison (4) réalisé lui aussi par impression 3D. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil et les dimensions de l’interface (2) sont déterminés en vue d’assurer au moins l’une des fonctions prise dans le groupe constitué de l’anti-rotation, de l’assemblage de pièces entre elles, de l’indexation de pièces, du renfort de la pièce support, de détrompage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on réalise l’impression 3D avec un matériau métallique homogène. Véhicule automobile pourvu d’au moins une pièce mécanique pourvu localement d’une interface fonctionnelle (2) et d’un élément de maintien (3) de ladite interface réalisé au moyen du procédé selon l’une des revendications précédentes.