L'ingénierie des véhicules légers oblige les fabricants à combiner des composants métalliques fonctionnels avec des éléments légers, plastiques renforcés de fibres de carbone très durables. Les chercheurs de Fraunhofer ont développé une variété de solutions pour assembler des matériaux aussi disparates - et présenteront leur technologie à la Hannover Messe de cette année du 1er au 5 avril, 2019 à l'aide d'un démonstrateur de scooter électrique (Hall 17, stand C24).

Qu'il s'agisse de bus, voitures, scooters ou vélos, il semble certain que l'électromobilité propulsera l'avenir. L'un des plus gros obstacles du moment, cependant, est de savoir comment augmenter l'autonomie des véhicules – un défi qui dépendra de la nécessité de rendre les véhicules aussi légers que possible. Plus le véhicule ou le transporteur est léger, plus le stockage d'énergie dure longtemps. Dans ce domaine, Plastiques renforcés de fibre de carbone, ou CFRP pour faire court, sont le matériau de choix - aussi solide que l'acier et pourtant environ huit fois plus léger, et même trois fois plus léger que l'aluminium. La pratique générale consiste à fabriquer des composants individuels, le châssis du véhicule par exemple, en utilisant CFRP, puis les joindre aux composants métalliques porteurs de fonction à l'aide de vis ou d'adhésifs. En d'autres termes, les composants qui relient de longues étendues et des charges de transfert peuvent être fabriqués à l'aide de CFRP, tandis que le métal est réservé aux composants fonctionnels et aux points d'attache du mécanisme de direction, par exemple.

Gain de poids jusqu'à 50 pour cent

Maintenant, chercheurs de la Fraunhofer Research Institution for Casting, Composite et technologie de traitement L'IGCV du centre technologique d'Augsbourg a mis au point une variété de nouvelles techniques innovantes pour assembler des composants coulés de manière conventionnelle avec ceux en CFRP. Au-delà de la technologie de fonderie bien établie, les techniques de fabrication modernes telles que la fabrication additive et l'impression 3D offrent un grand potentiel. « Nous avons combiné les différentes nouvelles techniques d'assemblage dans un démonstrateur de trottinette électrique. L'objectif est de réduire le nombre de points d'attache mécaniques et de simplifier au maximum le processus d'assemblage, " explique le Dr.-Ing. Daniel Günther, qui dirige le projet chez Fraunhofer IGCV. "Il y a beaucoup de potentiel dans la combinaison de composants métalliques et CFRP, avec un gain de poids potentiel allant jusqu'à 50 % selon la pièce."

Technique de serrage pour joindre le support de roue arrière

Le support de roue arrière d'un scooter électrique contient de nombreuses pièces indispensables à son fonctionnement et, pour cette raison, il est en métal. Pour le rendre le plus léger possible, l'équipe de recherche a produit la pièce en acier très résistant, optimiser la topologie pour que le matériel se limite uniquement aux endroits où il est nécessaire pour soutenir le fonctionnement.

Pour produire la pièce, les chercheurs ont utilisé une technique de fabrication additive qui utilise un faisceau laser pour former des composants à partir d'une poudre métallique. Le support de roue arrière est relié au marchepied en PRFC à l'aide d'un système de vis, ce qui facilite son retrait et son démontage pour l'entretien.

Tête de direction hybride collée

La tête de direction du scooter est un composant hybride, avec un cadre de base en aluminium reliant le marchepied à l'arrière et le guidon à l'avant. Cette partie du scooter regorge de pièces indispensables à son fonctionnement, avec une étendue importante pour faire le pont entre les deux. L'utilisation de pièces en PRFC garantit la rigidité nécessaire. Les deux matériaux différents sont assemblés par collage. « En termes de charge de base, nous avons supposé une personne pesant cent kilogrammes effectuant des sauts avec le scooter. Pour supporter ce genre de charge à l'aide d'une pièce en fonte d'aluminium pur, vous auriez besoin d'une énorme quantité de matériel pour assurer une rigidité suffisante, " dit Günther. Pour fabriquer la pièce, Günther et son équipe ont commencé par analyser l'espace d'installation disponible. En règle générale, plus la pièce est utilisée, plus la section transversale du composant est grande – et meilleure est sa rigidité. Le matériau doit être aussi mince que possible, cependant, pour s'assurer que le composant ne devienne pas trop lourd. La solution consiste à utiliser du CFRP en combinaison avec du métal coulé. Comme étape supplémentaire, les chercheurs ont calculé la charge en différents points du composant. Les épissures ont été positionnées avec précision aux points les moins chargés. La rigidité est garantie grâce à la mise en forme du composant CFRP.

Système « fork » :la technologie d'assemblage du futur

La capacité de charge et la durabilité du CFRP proviennent des fibres qu'il contient. Ici, le principal défi réside dans le transfert de la force agissant sur un composant afin qu'il soit absorbé par ces mêmes fibres. En plus de cela, les ingénieurs doivent s'assurer que toutes les pièces métalliques sont aussi solidement fixées que possible aux composants CFRP, sans trous ni cavités. En réponse, les chercheurs ont développé une toute nouvelle technique d'assemblage - mieux expliquée en examinant les composants impliqués. Dans l'exemple du scooter électronique, vous avez une pièce cylindrique se reliant au guidon, un composant en acier fabriqué selon une technique de fabrication additive. Le bas du composant a une plaque qui fonctionne comme une base avec de petites broches dépassant de sa surface. Les chercheurs ont ensuite superposé cette plaque de base avec les préimprégnés pour le composant CFRP, composé de fibres enduites de résine synthétique. Après, ils appliquent le vide et augmentent la température. La résine enferme les fibres de carbone, coule vers le bas et ferme l'espace avec la plaque métallique, durcissement pour former une liaison adhésive. Ici, non seulement la résine colle à la plaque, les picots saillants sont également enveloppés et maintenus en place par les fibres. Cela verrouille les composants et fournit une liaison solide - sans avoir besoin de vis ou d'adhésifs supplémentaires. « La technique est rapide, prêt pour l'industrie et peut facilement être mis à l'échelle pour la production de masse, " dit Gunther.

Les chercheurs de Fraunhofer présenteront le scooter électrique et les techniques d'assemblage décrites dans cet article à la Hannover Messe du 1er au 5 avril, 2019 (Salle 17, stand C24). Pour toute personne intéressée, il y aura l'occasion de faire un essai routier et d'en savoir plus sur la conception et la fabrication des composants individuels.