Comment les futures voitures pourraient être conçues et fabriquées comme des smartphones

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Kevin Czinger estime que les voitures peuvent être conçues et fabriquées comme des smartphones, avec des marques développant des produits incontournables avec l'aide de superordinateurs artificiellement intelligents et appris par machine, la construction étant confiée à une constellation démondialisée de fabricants sous contrat. La fabrication additive, ou impression 3D, est la clé de sa vision et constitue la mission de son entreprise, Divergent 3D.

Lorsque j'ai abordé pour la première fois l'idée de Czinger en 2017, l'architecture de son véhicule impliquait des nœuds en aluminium imprimés en 3D reliant des tubes en fibre de carbone de base coupés à longueur. Aujourd'hui, les tubes de carbone sont sortis et les nœuds ont évolué vers des structures beaucoup plus intelligentes comme des sous-châssis (pour l'Aston Martin DBR22), des composants de suspension, un carter de transmission (par Xtrac) et peut-être bientôt un bloc moteur.

L'hypercar Czinger 21C dans laquelle nous avons roulé est une preuve de concept glamour pour une vision plus large où une fabrication à faible investissement et à faible émission de carbone permet un transport abordable. Parmi les développements les plus impressionnants réalisés depuis 2017 figurent les algorithmes de conception assistée par ordinateur développés par la société Czinger, qui exploitent l'optimisation structurelle évolutive bidirectionnelle (BESO). Ce processus de conception itératif détermine non seulement la forme du composant à produire par « l’imprimante » de frittage de poudre de métal à 12 lasers, mais également l’alliage idéal dont il est fait.

Les ingénieurs commencent par définir la forme géométrique de base d'une pièce ou d'une structure, ses emplacements de montage, les charges qu'elle est censée supporter dans des conditions normales, la déformation qu'elle doit permettre en cas d'accident, les exigences en matière de fatigue, les problèmes de réparabilité, les conditions environnementales de fonctionnement (par exemple, sera-t-il exposé à des éléments corrosifs ou à des températures extrêmes ?), et enfin des objectifs de poids et de coût. Une fois toutes ces conditions programmées, les algorithmes de Czinger sélectionnent l'alliage métallique idéal pour la pièce, en choisissant parmi 28 éléments abordables et généralement accessibles. Il définit également la forme idéale, en plaçant le matériau uniquement là où cela est nécessaire pour la structure, l'écoulement du fluide ou pour d'autres raisons. Enfin, il programme la stratégie de couche d'impression 3D la plus économe en énergie pour la pièce.

Si nécessaire, l'ordinateur peut subdiviser une structure ou une pièce en morceaux plus petits qui s'intègrent dans l'imprimante 3D donnée, recommandant la meilleure approche pour assembler des pièces individuelles, soit par collage, soit (pour les pièces réparables) par fixation mécanique. Les pièces collées reçoivent les languettes et les fentes ou fenêtres nécessaires à l'application et/ou au durcissement des différents adhésifs. L'un de ces produits durcit au four en 60 minutes et un autre, breveté par Czinger, durcit en 2,0 secondes à l'aide de la lumière ultraviolette. Ce dernier sert à "pointer à souder" les pièces destinées au four. L'objectif est que chaque pièce émerge de ces processus de formage et de collage ne nécessitant aucun autre traitement thermique ni mesure de lutte contre la corrosion et seulement un usinage et un post-traitement minimes avant l'assemblage final.

Le résultat est une pièce légère et solide qui réduit le nombre total de pièces et élimine les processus de sous-assemblage, comme un gigacasting Tesla, mais sans les coûts d'outillage gigantesques liés à l'achat d'une gigantesque plate-forme de coulée et à la formation de matrices complexes pour plusieurs pièces. Il faut beaucoup moins d'énergie pour produire chaque pièce, et les modifications de conception du produit sont aussi simples que l'envoi d'un nouveau code à l'imprimante. Il existe également peu d'incitations à passer de la production d'une pièce à la production d'une autre sur la même machine.

La chaîne d'assemblage proposée par Czinger occupe une empreinte hexagonale d'environ 75 pieds de diamètre qui peut assembler 10 000 châssis roulants ou 100 000 sous-châssis par an. Cette ligne prend deux à trois semaines pour être installée et mise en service, à peu près comme les machines d'impression 3D, ce qui rend cette opération de fabrication à faible encombrement très rapide à mettre à l'échelle et extrêmement adaptable.

Avec une telle opération, le seuil de rentabilité d'un produit donné disparaît pratiquement et les conséquences d'un échec de conception du produit sont presque éliminées car avec un minimum d'outillage traditionnel, les machines peuvent être programmées rapidement pour fabriquer des pièces pour une autre voiture ou une autre industrie. L’entreposage de pièces de rechange volumineuses devient inutile, car les pièces de rechange peuvent être imprimées à la demande.