Gagner à n'importe quel prix n'est plus une option viable pour les équipes de sports mécaniques

Ces véhicules sont la vitrine des activités d'ingénierie de précision de leurs écuries qui investissent en continu avant, pendant et après la course, en testant et en faisant des réglages pour conserver un avantage concurrentiel.

Alors qu'elles mettent tout en œuvre pour battre des records de vitesse sur piste, elles sont aussi confrontées à des accélérations au niveau de l'évolution des règlementations de leurs circuits respectifs et au raccourcissement des délais entre les saisons et les courses. Ces règlementations limitent l'investissement que chaque équipe peut consacrer à l'innovation et imposent également des restrictions sur les matériaux et les technologies qu'elle peut utiliser. Si ces règlementations sont mises en place pour mettre toutes les équipes sur le même pied d'égalité, elles limitent également leur capacité à innover. 

Innover à tous les niveaux d'un véhicule, souvent avec des délais très serrés entre les courses, peut s'avérer très coûteux. Les méthodes de fabrication traditionnelles nécessitent souvent un outillage qui exige de longs délais de fabrication, et le temps est un luxe dont ces écuries ne disposent pas. Pour relever ces défis et innover plus rapidement, les écuries de sport automobile se sont tournées vers la fabrication additive (AM). Elles ont ainsi pu bénéficier d'une itération rapide de la conception des pièces et des systèmes pour améliorer leurs performances et réduire leurs coûts. La fabrication additive permet aux écuries automobiles de répondre à une variété d'applications de manière plus efficace qu'auparavant.

Accélérer les tests en soufflerie

Les améliorations aérodynamiques sont l'un des meilleurs moyens d'augmenter les performances et permettent aux écuries de régler et d'améliorer le comportement du véhicule en optimisant la déportance, la traînée et le refroidissement. Une simple diminution de 5 % de la traînée peut augmenter la puissance de 25 %, et pour en arriver là, il faut parfois concevoir et produire jusqu'à 600 pièces par semaine pour obtenir le résultat souhaité. Évaluer les performances et l'efficacité de toute innovation nécessite de passer du temps en soufflerie. Cependant, l'accès est souvent limité, ce qui signifie que les écuries doivent tirer le meilleur parti du temps qui leur est imparti, en itérant rapidement leurs conceptions et en les appliquant à de nouveaux modèles. En quelques heures, la fabrication additive permet aux ingénieurs des écuries d'imprimer en 3D plusieurs itérations de pièces précises à l'aide de nanocomposites qui peuvent contribuer à diminuer la traînée et la portance, à maintenir la stabilité et à augmenter les performances.En outre, les composants des prototypes fabriqués de manière additive imitent la conception et les caractéristiques de surface des pièces finies afin de rendre les tests plus efficaces. Il est désormais possible d'intégrer facilement les prises de pression au stade de la CAO et de les imprimer sous la forme d'un seul composant. Ceci permet à l'équipe en charge de l'aérodynamique de recueillir des données complète tout en ayant la garantie que le processus d'assemblage reste simple et rapide.

Sauber Motorsports AG s'est doté en interne d'un atelier haute production dédié à ses activités très exigeantes de soufflerie. Ce parc de machines de fabrication additive est l'un des plus grands de son genre en Europe et permet à Sauber Engineering d'innover sans relâche. L'équipe est désormais en mesure de réaliser des cycles de développement aérodynamique plus productifs grâce à une plus grande rapidité, à un débit supérieur et à la grande précision des pièces utilisées pour les tests, afin d'optimiser le temps de test réglementé. Sauber Engineering imprime en moyenne en 3D 100 à 150 ensembles de pièces par jour, dont 80-90 % sont destinés aux tests en soufflerie. 

Optimiser le poids, la pression et l'inertie

Les écuries automobiles doivent concevoir des véhicules capables de fonctionner dans des conditions extrêmes telles que des températures très élevées et de nombreuses forces, telles que la déportance, la rotation et la friction. C'est au niveau des composants structurels du véhicule que ce phénomène est le plus notable. Lorsqu'un ingénieur d'une écurie automobile pense des pièces spécialement conçues pour la fabrication additive, il peut mieux contrôler le rapport résistance/poids des pièces métalliques de la voiture de course. En effet, la fabrication additive offre une plus grande liberté de conception, et donc de créer des pièces impossibles à réaliser avec les méthodes traditionnelles. Outre le fait qu'elle permet de concevoir différemment, la fabrication additive réduit le nombre de pièces, ce qui signifie que les assemblages de plusieurs pièces peuvent souvent être produits de manière monolithique. La fabrication de systèmes structurels métalliques à partir de plusieurs composants augmente le nombre de points de défaillance possibles, lesquels correspondent essentiellement à chaque soudure devant être réalisée au cours d'un assemblage en plusieurs parties. La conception pour la fabrication additive (DfAM) permet aux ingénieurs de créer des pièces durables et intégrées qui contiennent moins de composants, et donc d'éliminer le temps d'assemblage coûteux. 

L'équipe English Racing basée en Oregon était confrontée à un problème sur sa voiture de course Mitsubishi Evo : après réglage, la pression d'huile augmentait immédiatement de façon excessive, provoquant une panne de moteur. English Racing pensait que la production d'un nouvel engrenage sous poulie d'un diamètre plus grand tournerait plus lentement et par conséquent abaisserait la pression d'huile. Cependant, la production d'une telle pièce constituait un immense défi. La poulie d'origine était une pièce coulée, ce qui nécessitait d'utiliser un moule, un outillage pour produire le moule, beaucoup de temps et un budget colossal. 

English Racing a essayé de produire cette pièce pendant plus de deux ans sans entrevoir de solution. C'est Metal Technologies Inc (MTI) qui lui a proposé une solution innovante : l'impression 3D en métal. Grâce à cette collaboration, English Racing a pu préparer rapidement les données de conception en vue de l'impression 3D et produire un prototype fonctionnel en cinq heures seulement. En trois jours, cette pièce était installée sur la voiture de course Mitsubishi Evo et utilisée sur la piste. La pièce a parfaitement fonctionné, réduisant la pression d'huile à des niveaux sûrs et permettant au véhicule d'établir des records de vitesse dans sa catégorie.

Améliorer la dynamique de l'air et des fluides

Sous le capot, la fabrication additive a de nombreuses applications. Les conduits d'aération, les conteneurs, les tubes, les capots de protection et les raccords exigent souvent un degré de flexibilité et/ou de durabilité élevé que les méthodes de fabrication traditionnelles ne peuvent produire. La fabrication additive, quant à elle, peut fournir des pièces aux propriétés mécaniques exceptionnelles pour améliorer la gestion de l'air et des fluides. Ceci est dû en grande partie aux matériaux utilisés pour créer ces pièces. Au cours des 12-18 derniers mois, des progrès considérables ont été réalisés en termes d'innovation dans les matériaux d'impression 3D afin de pouvoir produire des pièces à partir de plastiques performants. Ces matériaux durables et résistants à la chaleur sont particulièrement importants pour les applications sous le capot des écuries de sport mécaniques. Il est désormais possible de créer des pièces durables aux géométries complexes consolidées, comme des collecteurs d'admission imprimés en 3D, afin d'améliorer le refroidissement du système interne, de mieux protéger les composants, de réduire l'assemblage et d'éviter les fuites de fluide.

Alpine F1 Team a adopté la fabrication additive pour les avantages qu'elle apporte et sa capacité à relever les défis associés aux environnements de course sans cesse renouvelés. En utilisant à la fois la stéréolithographie et le frittage sélectif par laser, l'équipe peut produire des dispositifs de fixation et montage complexes, des bancs d'écoulement des fluides et des composants automobiles en quelques heures, contre plusieurs semaines comme c'était le cas auparavant. La fabrication additive 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.

Stimuler l'innovation pour obtenir un avantage concurrentiel

Si les règlementations en vigueur dans les séries de courses restreignent à de nombreux points de vue l'innovation des écuries de sport automobile, elles n'ont pas limité le savoir-faire et l'imagination des ingénieurs. Les écuries de sports mécaniques d'élite ont adopté la fabrication additive pour repousser les limites et donner vie à leurs concepts, accélérant ainsi l'innovation et les performances de leurs véhicules. Grâce à des solutions combinant des matériaux, une technologie d'impression 3D et des logiciels reposant sur un savoir-faire, il est possible de produire des pièces robustes et précises qui résistent aux rigueurs de la piste et permettent de développer des véhicules capables de remporter des championnats.