La micro-usine au service des moteurs locaux
Des outils de fabrication additive et un modèle de production révolutionnaire permettent au constructeur de véhicules électriques Local Motors de se rapprocher de sa vision d'un avenir plus propre et plus durable.
Les véhicules électriques (VE) ne sont pas une nouveauté. Ce qui est nouveau, ce sont les véhicules électriques autonomes qui sont produits sur une énorme imprimante 3D, puis assemblés par une petite équipe de travailleurs dans une "micro-usine", une installation qui n'est pas plus grande que le magasin à grande surface le plus proche. De plus, ces véhicules futuristes sont souvent personnalisés en fonction des besoins spécifiques des personnes ou des entreprises qui les achètent.
C'est le cas d'Olli, une navette qui promet non seulement de changer le visage du transport tel que nous le connaissons, mais aussi de révolutionner la manière dont les constructeurs automobiles du monde entier conçoivent, produisent et commercialisent leurs produits.
La navette sans conducteur a été présentée lors de l'édition 2018 du Salon international des technologies de fabrication (IMTS) à Chicago, et le fabricant du véhicule, Local Motors, basé en Arizona, a l'habitude d'actes tout aussi audacieux. Lors de l'IMTS 2014, le constructeur automobile a construit la première voiture imprimée en 3D au monde - la Strati - sur le sol du centre de congrès. Le dernier jour du salon, Jay Rogers, fondateur de Local Motors, et Douglas Woods, président de l'Association for Manufacturing Technology, ont fait un tour avec la voiture.
Briser le moule
Depuis sa création en 2007, Local Motors nous a donné le Rally Fighter, la première voiture de série co-créée, ainsi que le XC2V (un "véhicule expérimental de soutien au combat financé par la foule"), le trike de drift électrique Verrado et le roadster LM3D Swim "entièrement personnalisable" et co-créé. Le plus excitant est peut-être le Domino's DXP (pour "delivery expert"), présenté comme le "véhicule de livraison ultime" pour les pizzas. Tous ces projets ont été réalisés en collaboration et ont brisé le moule de la fabrication traditionnelle.
Nous organisons de nombreuses séances de réflexion créative avec l'équipe et prenons des décisions fondées sur la science et les données disponibles
Pourtant, cette histoire n'est pas tant une histoire d'usinage qu'une histoire de vision - une vision pour un avenir plus propre et plus durable, un investissement dans nos communautés et un paradigme entièrement nouveau pour fabriquer des objets, tout cela commençant par le concept de micro-usine.
"J'ai grandi dans l'est du Tennessee", explique Billy Hughes, directeur du programme de recherche et de développement de Local Motors, "Nous avons ici une culture de la communauté, et notre micro-usine de Knoxville participe à cette culture. Nous utilisons des composants d'origine locale, tels que des batteries et des sous-structures en aluminium chaque fois que c'est possible, et beaucoup de nos employés sont comme moi : ils sont originaires de la région et la comprennent. C'est ce que signifie "local" dans "Local Motors" : faire partie de la communauté locale et aider les gens qui y vivent.
Une nouvelle norme de production durable
Les micro-usines ne consomment pas d'énormes surfaces de terrain comme le font les usines traditionnelles, explique M. Hughes. Elles contribuent plutôt à revitaliser les communautés en réaffectant des bâtiments vides, transformant souvent ce qui était une entreprise commerciale en faillite en un partenaire commercial dynamique et tourné vers l'avenir, et en un fournisseur d'emplois techniques bien rémunérés. Les micro-usines sont également beaucoup plus flexibles que leurs homologues de grande taille ; alors qu'il faut des années pour développer une voiture ou un camion typique et un mois ou plus pour le construire, Local Motors peut produire un véhicule personnalisé en quelques semaines.
Nous voulons nous rapprocher de la communauté et nous adapter à elle, et non pas fabriquer des quantités massives de produits destinés à être expédiés ailleurs
M. Hughes attribue une grande partie de cette agilité à la fabrication numérique directe, ou DDM, une technologie qui inclut l'impression 3D mais va beaucoup plus loin. Par exemple, les équipes de conception et d'ingénierie de Local Motors utilisent les derniers outils de simulation CAO et d'autres logiciels et, selon M. Hughes, elles sont toujours à la recherche de meilleures souricières. Elles ont passé plusieurs années à mettre au point des matériaux exclusifs renforcés de fibres de carbone pour qu'Olli soit à la fois sûr et solide sur le plan structurel. Ils recueillent et analysent également des données - non seulement dans l'atelier de fabrication, mais aussi dans les véhicules livrés - et les utilisent pour améliorer en permanence leurs processus et leurs produits.
"Nous organisons de nombreuses séances de brainstorming créatif avec l'équipe et prenons des décisions fondées sur la science et les données disponibles", explique M. Hughes, "par exemple, nous utilisons des imprimantes à petite échelle pour créer un concept de voiture, puis nous discutons des moyens de l'améliorer. Nous nous efforçons constamment de simplifier la conception, ce qui explique en grande partie pourquoi nos véhicules ne contiennent que 40 à 50 pièces, au lieu de plusieurs milliers."
À l'avant-garde
Le matériel utilisé est également à la pointe de la technologie. L'imprimante 3D de 12 mètres de long utilisée pour produire l'Olli contient une tête de fraisage, ce qui permet à l'entreprise de produire un châssis complet avec un minimum de manipulation et des dépenses d'outillage considérablement réduites. Grâce à cette flexibilité, Local Motors peut installer ses micro-usines pratiquement n'importe où dans le monde et les utiliser pour répondre aux besoins spécifiques de la communauté et des habitants de la région environnante.
"C'est une question d'échelle, explique M. Hughes, nous voulons nous rapprocher de la communauté et nous adapter à elle, et non pas fabriquer des quantités massives de produits destinés à être expédiés ailleurs. C'est là tout l'intérêt des petites usines, qui sont capables de répondre aux besoins d'un petit nombre. Mais elles concernent aussi les travailleurs de demain. Partout dans le monde, les fabricants se débattent avec les nouvelles technologies et la formation des travailleurs dans un monde numérique qui évolue rapidement. Et tandis qu'ils discutent encore de la manière dont ils pourraient y parvenir, nous le faisons déjà. C'est là toute la beauté de notre concept".
Local Motors a ouvert sa première micro-usine à Phoenix, en Arizona, il y a près de dix ans, puis s'est étendue à Knoxville, l'usine où M. Hughes et son équipe travaillent. La société a récemment ouvert un centre de démonstration et d'apprentissage dans le Maryland. Entre-temps, le constructeur automobile a les yeux rivés sur le nord-ouest du Pacifique, le sud de la Californie, l'Europe centrale, l'Australie et, en fait, sur toute ville prête à adopter une solution de transport entièrement électrique, autonome et construite localement.
Travailler avec Sandvik
Il est évident que l'innovation et les partenariats sont des principes fondamentaux de Local Motors. Personne n'a donc été surpris lorsque Tim Novikov, l'un des ingénieurs en fabrication avancée de la société, a contacté un autre pionnier de l'industrie, Sandvik Coromant, pour obtenir de l'aide dans l'usinage de quelques éléments gênants sur le châssis imprimé en 3D d'Olli.
Ironiquement, l'ingénieur commercial du fournisseur d'outillage, Matt Brazelton, a recommandé une solution également fabriquée par fabrication additive. La combinaison de caractéristiques de composants complexes avec des cavités profondes dans des matériaux exigeants est un défi typique du fraisage. Les longs porte-à-faux que ces applications requièrent causent souvent un goulot d'étranglement en raison des problèmes de vibration et des problèmes de performance qui en découlent.
Sandvik Additive Manufacturing, une nouvelle division créée au sein de Sandvik en 2017, a cherché de nouvelles façons de relever ce défi. Le résultat, proposé par Sandvik Coromant, est la nouvelle fraise légère CoroMill® 390 associée à des porte-outils Silent Tools™ amortis.
L'objectif principal était de diminuer le poids de la fraise pour améliorer les performances en cas de longs porte-à-faux. Plusieurs alternatives étaient possibles, comme l'utilisation d'un matériau plus léger ou l'usinage de trous dans le corps de l'outil, mais la fabrication additive s'est avérée offrir la solution optimale dans ce cas.
La fraise légère CoroMill® 390 est la première fraise indexable fabriquée additivement au monde, et elle s'est avérée être un énorme succès pour Local Motors. En montant la fraise ultra-légère sur l'une des barres d'alésage Silent Tool de Sandvik Coromant, équipée d'une interface de broche à changement rapide Coromant Capto®, les deux entreprises ont pu réduire le temps d'usinage de l'Olli d'un incroyable 95 %.