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Rattrapage JEC #3 : un capot BMW tout carbone


Cytec Solvay a présenté un nouveau capot composite intégralement renforcé carbone, développé pour la BMW M4 GTS, en partenariat avec le fabricant C‑CON GmbH et le sous-traitant automobile Läpple AG, spécialisé dans les pièces métalliques.
Développé – prototypage inclus – en à peine neuf mois, le capot représente une évolution substantielle dans la fabrication des structures automobiles et illustre comment la fabrication de pièces composites peut être adaptée pour s’insérer dans une filière de production automobile existante.

BMW, déjà connu pour sa large utilisation des matériaux composites sur les modèles i3 et i8, a confié à C‑CON la conversion en composite à fibres de carbone du capot aluminium de la M4 GTS.
C‑CON a, à son tour, demandé l’aide de Cytec (qui n’avait pas encore été racheté par Solvay), pour développer les matériaux et procédés nécessaires au projet.
D’après Alex Aucken, en charge des matériaux industriels pour le secteur automobile chez Cytec Solvay, le délai de développement très court a mis une énorme pression sur toutes les entreprises impliquées, mais, finalement, les matériaux et procédés développés ont abouti à un capot qui, en plus d’être plus léger de 40 % que la version antérieure en aluminium, est rentable et adapté à d’autres applications.

Ce capot de 8 kg est composé d’un panneau externe de classe A, épais de 1,2 mm, collé à un panneau interne de 1,2 mm, et de renforts additionnels en composite carbone en deux zones pour l’interface avec les charnières.
Les éléments nouveaux sont la résine et la méthode de dépose. La résine est une époxy développée par Cytec pour ce projet, et baptisée MTR 760. La méthode de dépose, atypique, est l’enroulement filamentaire.

D’après Aucken et Tim Wybrow, responsable de l’ingénierie et de la recherche appliquée chez Cytec Solvay, le procédé développé consiste à imprégner in-situ de résine MT 760 des mèches 24K de carbone, juste avant de procéder à l’enroulement filamentaire sur un mandrin d’un mètre de diamètre. L’angle d’enroulement et la configuration des couches sont optimisés.
Après l’enroulement, l’empilement pré-imprégné est retiré du mandrin et fendu pour obtenir une ébauche plane. Celle-ci est ensuite découpée, pour préparer le panneau intérieur ou extérieur. L’empilement obtenu par enroulement est suffisamment grand pour fournir trois ébauches prédécoupées.

Pour l’étape de consolidation et de polymérisation, une ébauche découpée est placée à plat entre deux films thermoplastiques, qui sont serrés en position, sous tension, par un cadre métallique. Cytec Solvay appelle cette technique « formage à double diaphragme ».
D’après Aucken, cette méthode évite d’avoir à draper le pré-imprégné en forme, et permet de conformer l’ébauche carbone à la géométrie souhaitée – parfois très complexe – avec très peu de plissement.

Le montage complet est ensuite placé dans le moule métallique d’une presse et polymérisé en moins de cinq minutes. Les pièces obtenues sont découpées et ébavurées pour l’assemblage et le collage.
C‑CON réalise l’enroulement filamentaire et la préparation des ébauches. Läpple prend en charge le moulage par compression, la découpe, l’ébavurage et l’assemblage.

Même si le procédé de compression est techniquement assez simple, il est représentatif d’un problème plus large auquel les secteurs de l’automobile et des composites sont confrontés : comment adapter la fabrication des composites aux procédés métalliques historiques de l’industrie automobile ?

Pour le capot de la BMW M4 GTS, l’objectif était de développer un procédé de fabrication composite compatible des équipements de formage métallique de Läpple.
Cette démarche permettait à Läpple, un fournisseur connu de BMW, d’effectuer facilement une conversion vers la fabrication de pièces composites, sans avoir à investir dans de nouveaux moyens de production.
C’est pour cette raison que le capot de la BWM M4 GTS est moulé par une presse à conformer les métaux.
D’après Aucken, « pour ce projet, il était primordial d’optimiser la logistique d’une ligne de formage de métal ». Pour Wybrow, « nous devons nous adapter à l’infrastructure existante ».

Le résultat est un capot qui répond à toutes les exigences de BMW en termes de coût, de résistance, de rigidité, et de sécurité des piétons. D’après Wybrow, il présente une porosité de 1,2 % et une surface de classe A qui peut facilement être peinte.
BMW ne produit qu’un faible volume de véhicules M4 GTS avec capot en carbone, mais le marché des rechanges pour cette pièce est considérable, étant donné que le capot est compatible des autres modèles M3 et M4.
En outre, ce capot démontre la faisabilité d’un procédé combinant l’enroulement filamentaire, pour la constitution de l’empilement, avec un moulage par compression standard.

Source et crédit photo : « JEC World 2016, the full report », Jeff Sloan, Sara Black et Donna Dawson, Composites World, 29 mars 2016.

Cet article fait partie de la série « Rattrapage de printemps » du salon JEC 2016 : chaque jour, retrouvez sur le Journal du Composite un nouvel extrait du compte-rendu réalisé par l’équipe de Composites World.

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A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.