La formule 1 est un sport technique d'endurance nourri par une innovation constante. Les équipes travaillent sans relâche pour atteindre et dépasser les performances de haut niveau en constante évolution, et cela vaut aussi pour Alpine F1 Team (anciennement Renaud F1 Team). Le service de recherche et développement de l'écurie est en constante effervescence et les contributions des partenaires techniques jouent un rôle prépondérant pour aider l'organisation à atteindre les objectifs fixés.
« Course après course, de nouveaux composants constitués de composites complexes et d'alliages utilisés dans l'aérospatiale voient le jour après avoir subi une rude sélection dans les laboratoires de R&D et de simulation », explique Nick Chester, directeur technique d'Alpine F1 Team. « En fin de saison, nous attendons de notre voiture de course qu'elle soit plus rapide d'au moins une seconde par tour par rapport au début de la saison, et nos partenaires techniques font face à une sélection tout aussi impitoyable. Les relations qui ne nous apportent pas de valeur dans notre quête de performance ne nous intéressent pas ».
Cette exigence d'innovation continue et de collaboration active explique pourquoi Alpine F1 Team a porté son choix sur 3D Systems, avec sa gamme de technologies d'impression 3D et son savoir-faire.
Un partenariat en R&D
Basée à Enstone, au Royaume-Uni, l'écurie Alpine F1 Team utilise les technologies de 3D Systems dans ses activités principales depuis 1998. Elle a été l'une des premières écuries à adopter l'impression 3D pour le prototypage et son utilisation a suivi la même trajectoire que la technologie elle-même. Les premières utilisations comprenaient la vérification du fonctionnement et de l'ajustement de la conception, ainsi que des dispositifs de montage et de fixation autorisant des assemblages précis. À mesure que le partenariat entre les deux entreprises s'est renforcé, les ingénieurs en applications de 3D Systems ont aidé Alpine F1 Team à comprendre et à saisir les opportunités, matériaux et méthodologies à leur disposition. La capacité de l'écurie à satisfaire l'appétit vorace de son site de soufflerie témoigne de l'impact positif de son partenariat avec 3D Systems, ainsi que de l'innovation dans le domaine des pièces automobiles via l'impression 3D pour le moulage de précision et les explorations en matière d'impression directe en métal (DMP).
« Le soutien que l'équipe a reçu de la part de 3D Systems a évolué au cours de notre parcours », explique Nick Chester. « Si vous regardez en arrière, vous pouvez voir que, à mesure que les propriétés des matériaux ont été améliorées, l'équipe a été très désireuse d'étendre l'application des matériaux rapides à d'autres défis d'ingénierie. Le nombre de composants automobiles produits par fabrication additive augmente chaque année, avec des avantages considérables pour l'équipe en termes de polyvalence de conception et de réduction des délais et des coûts de production. »
Le parc de machines 3D Systems actuel d'Alpine F1 Team comprend six imprimantes par stéréolithographie (SLA) et trois machines de frittage sélectif par laser (SLS). Les matériaux s'étendent de la gamme Accura®, pour la construction de dispositifs de montage et de fixation, de bancs d'écoulement des fluides, de modèles de moulage de précision et de pièces de soufflerie, à DuraForm® PA et DuraForm GF pour les pièces utilisées sur la voiture elle-même, telles que les coffrets électriques et les conduits de refroidissement. De la mise en adéquation des matériaux à l'examen des conceptions pour une plus grande efficacité, le partenariat entre Alpine F1 Team et 3D Systems permet d'améliorer les performances sur le circuit et en dehors.
Une voiture de course qui évolue au quotidien
Chaque année, Alpine F1 Team conçoit et construit une nouvelle voiture répondant à l'évolution des règles et au cycle naturel de la R&D destiné à améliorer les performances des voitures. Parmi les défis que peuvent par exemple entraîner les modifications de la réglementation de la Formule 1, citons les changements apportés durant la saison 2017, qui exigeaient des pneus plus grands et plus lourds, une aile avant plus large, une aile arrière plus basse et plus large et un diffuseur plus haut : aucune pièce n'a donc été réutilisée entre 2016 et 2017. Une fois la saison des courses commencée, la pression ne fait que s'accroître : parfois, il n'y a qu'une semaine entre deux courses pour apporter des modifications techniques. Des circuits construits spécialement pour l'occasion jusqu'aux parcours empruntant des rues bosselées et tortueuses, chaque course se traduit pour les ingénieurs par de nouveaux défis à relever en matière d'architecture, de climat et de type d'asphalte.
L'équipe se prépare sans relâche aux défis uniques de chaque circuit et utilise le peu de temps mort dont elle dispose entre les courses pour déployer le fruit de ses recherches sur les voitures et les équipements. Il n'est pas difficile d'imaginer comment la vitesse et la précision de l'impression 3D peuvent apporter de la valeur ajoutée à cette course au développement. « La voiture évolue quotidiennement pendant la saison des courses », déclare Patrick Warner, responsable de la fabrication numérique avancée chez Alpine F1 Team. « Nous avons besoin de nouveaux composants pour chaque piste et les avantages apportés par la fabrication additive sont de plus en plus pertinents. »
Validation rapide de la conception
Dès le début, l'impression 3D pour le prototypage rapide s'est révélée utile dans un sport où les composants internes des voitures de course disposent d'un espace restreint dû aux panneaux aérodynamiques. Les aérodynamiciens d'Alpine F1 Team ont rapidement vu le potentiel de la technologie d'impression 3D pour les tests d'ajustement et de fonctionnement, car ils ont constaté la complexité des composants que les machines de 3D Systems pouvaient produire. Suite à cette prise de conscience, l'utilisation de la technologie 3D a commencé à se développer, passant progressivement du prototypage rapide à la fabrication de modèles pour tests en soufflerie.
« Dans les tests en soufflerie, l'aérodynamique est une science empirique », explique Patrick Warner. « Nous concevons et comparons de nouvelles idées et nous choisissons les orientations à suivre. Plus nous pourrons comparer et évaluer d'idées, plus nous aurons du succès sur le circuit. » En termes de qualité des pièces, de disponibilité de la machine et de débit, la technologie SLA de 3D Systems est une aubaine pour la productivité de l'équipe.
Amélioration de l'aérodynamique grâce au développement de la soufflerie
Le département Aérodynamique d'Alpine F1 Team s'est considérablement développé ces dernières années et compte désormais 120 collaborateurs, entre les aérodynamiciens, les techniciens en soufflerie et les fabricants de modèles. Selon Patrick Warner, cette croissance est due en grande partie à l'utilisation accrue des technologies de fabrication additive de 3D Systems. Il cite la capacité à intégrer des canaux internes complexes dans la conception des modèles de test en soufflerie comme un impact clé de l'utilisation de la technologie de 3D Systems et la possibilité qui en découle de prendre davantage de mesures de pression.
« Le modèle de voiture utilisé en soufflerie est équipé d'un réseau complexe de capteurs de pression », explique Patrick Warner. « Avant les technologies SLA, ils étaient positionnés en perçant des prises de pression dans des composants en métal et en fibre de carbone. Nous avons désormais la capacité de produire des solides complexes dotés de canaux internes compliqués, ce qui a révolutionné notre capacité à placer ces capteurs et à augmenter leur nombre. C’est un rêve devenu réalité pour tout aérodynamicien. »
Patrick Warner estime que les tests en soufflerie exigent à eux seuls la production de 600 pièces de fabrication additive par semaine, le tout accompli par une équipe de cinq ingénieurs en fabrication numérique avancée.
« Nous ne pourrions jamais faire cela avec la méthode traditionnelle », déclare Patrick Warner. « Nous aurions besoin d'un atelier d'usinage de la taille d'une petite ville. 3D Systems répond à tous nos besoins. Ils disposent de l'équipement et des matériaux dont nous avons besoin, ainsi que des ingénieurs d'application qui ont le savoir faire nécessaire et qui nous fournissent un service instantané. »
Vitesse et précision de la fabrication des pièces automobiles
En termes de productivité et d'efficacité, l'impression 3D a considérablement augmenté la capacité d'Alpine F1 Team à relever les défis posés par les environnements de course sans cesse renouvelés. Grâce aux systèmes SLA et SLS, il est possible de produire des dispositifs de montage et de fixation complexes, des bancs d'écoulement des fluides et des composants automobiles en quelques heures au lieu de quelques semaines, ce qui fait des technologies 3D l'outil idéal pour les défis logistiques de la Formule 1.
En plus de l'immense quantité de composants testés chaque mois en soufflerie, Alpine F1 Team fabrique directement un certain nombre de pièces de voitures de course. « Les technologies de 3D Systems ont alimenté un nouveau processus de fabrication efficace qui nous permet de réduire à la fois les temps de cycle et les coûts, ajoutant ainsi un avantage inestimable à l'équipe », explique Rob White, directeur technique d'Alpine F1 Team. « D'une part, nous avons la possibilité de tester plusieurs itérations de la même pièce en soufflerie et d'autre part, nous voyons le nombre de composants frittés dans la voiture réelle augmenter chaque année. »
L'impression 3D a aidé l'équipe à obtenir des pièces plus légères qui augmentent la vitesse et le rendement énergétique, ainsi que des tests de flux précis et instructifs pour améliorer les performances du moteur et en réduire l'usure. Une fois qu'une conception est terminée, elle est envoyée avec sa sélection de matériaux au département ADM de l'équipe en vue de la production. Grâce aux systèmes SLA et SLS, il est possible de produire des composants automobiles complexes plus rapidement que jamais et, dans certains cas, la pièce est prête à être inspectée avant même que le schéma ne soit passé par le système.
Les modèles de fonderie de précision imprimés en 3D à l'aide de la technologie SLA font également des adeptes chez Enstone pour des applications telles que les composants de boîte de vitesses et de suspension, ce qui permet aux ingénieurs de l'équipe d'être plus créatifs dans la conception des pièces maintenant que les restrictions sur les complexités autorisées ont été supprimées. La précision du processus SLA permet de gagner du temps tant pour la production de modèles en amont que pour l'usinage des épreuves en aval pour le moulage fini.
De nouvelles pistes de développement
Les avantages des technologies, du savoir-faire et des services de 3D Systems sont étroitement liés aux priorités critiques d'Alpine F1 Team, notamment l'innovation, la productivité, et l'amélioration de la précision et de l'exactitude. Pour Bob Bell, directeur de la technologie d'Alpine F1 Team, 3D Systems est plus qu'un simple fournisseur de technologie : les deux entreprises sont liées par un véritable partenariat qui donne des résultats et présente un immense potentiel pour l'avenir.
« Notre partenariat avec 3D Systems nous a rendus plus productifs et plus efficaces au cours des quelque 20 dernières années », déclare Bob Bell, « Il a ouvert de nouvelles pistes de développement et d'utilisation qui, je l'espère, ne feront que s'intensifier à l'avenir. »