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Nouveaux produits

Construction du support pour systèmes d’airbag par l’impression 3D professionnelle

Publication: 16 juin

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Projet signé par Joyson Safety Systems, c’est le premier système passif fonctionnel de sécurité pour voitures réalisé par fabrication additive et matériau composite...
 

Il a été réalisé par CRP Technology grâce à la technologie de la synthérisation laser sélective et son matériau chargé de fibre de carbone Windform® SP.

Introduction

Joyson Safety Systems (sis à Auburn Hills, Michigan, USA), entreprise leader dans le domaine de la sécurité sur route, produit et distribue aux principaux équipementiers du marché des systèmes/dispositifs avancés de sécurité, actifs et passifs (dont les ceintures de sécurité, les airbags, les sièges d’enfant).

Joyson Safety Systems est en outre le premier producteur au monde de volants avec fonction de détection des mains (HOD, « Hands-on-Detection ») pour la conduite indépendante.

Défi

Le Centre Innovations de Joyson Safety Systems a récemment lancé un projet pour explorer et approfondir le domaine de la fabrication additive, dans le but de découvrir de nouveaux procédés et matériaux à utiliser dans la production de supports pour airbags (airbag housing container).

L’équipe d’experts a mené une étude de marché visant à identifier un matériau composite correspondant au matériau utilisé pour la fabrication de la pièce à travers un procédé conventionnel (soit moulage par injection et, comme matériau, polyamide renforcé de fibre de verre à 40 %).

Le support de l’airbag frontal conducteur (Driver Airbag - DAB- housing) est généralement réalisé avec un polymère (nylon 6) chargé à 40 % avec des fibres de verre (PA6-GF40).

Le système de l’airbag est constitué du dispositif de gonflage (inflator), du coussin gonflable, de la couverture et du support avec des points de fixation au volant. Le coussin se trouve entre le support et la couverture.

Le fonctionnement correct du support de l’airbag conducteur est fondamental, du fait qu’il s’agit d’un dispositif de sécurité à bord du véhicule. Sa fonction consiste à empêcher, en cas d’accident, que certaines parties du corps, comme la tête et le visage, entrent en contact avec le volant ou le tableau de bord. En cas de choc, le coussin de l’airbag se gonfle à une vitesse d’environ 30 à 50 ms (millisecondes) pour éviter de provoquer des blessures du conducteur.

Le support de l’airbag conducteur maintient en position tout le dispositif de sécurité passif, donc il s’agit d’un composant indispensable pour tout le système.

Samer Ziadeh et Daniel Alt du Centre Innovations Joyson Safety Systems, fournissent des détails ultérieurs et expliquent que la fonction du support du système d’airbag consiste à « résister à une quantité élevée de charges dynamiques outre à maintenir le dispositif de gonflage et le coussin gonflable en position pendant et après le déploiement du module d’airbag. Cette charge se développe par effet de la pression nécessaire pour gonfler l’airbag ; voilà pourquoi, pendant les essais, des fortes sollicitations sont directement appliquées sur le système d’airbag et, notamment, sur le support de l’airbag.

En outre continuent Ziadeh et Alt les essais sont normalement exécutés dans une plage de température comprise entre -35 °C et 85 °C. »

Par conséquent, le matériau utilisé pour la fabrication du support du système d’airbag, doit être robuste, résister aux chocs et avoir une stabilité thermique suffisante pour fonctionner correctement dans plusieurs conditions d’essai.

Solution

En ce qui concerne le projet d’exploration et approfondissement du domaine de la fabrication additive, l’équipe du Centre Innovations Joyson Safety Systems a établi un programme très rigoureux visant à la réalisation d’objectifs spécifiques comme : production par fabrication additive d’un prototype fonctionnel en quelques jours au lieu que des mois, tout en évitant ainsi des pertes de temps et d’argent ; emploi de matériaux composites aux propriétés mécaniques, thermiques et avec des performances similaires de celles des matériaux utilisés pour le procédé de production « conventionnel » ; vérification des performances des pièces par des systèmes d’essai réels en soumettant le composant à des écarts thermiques et à de fortes sollicitations mécaniques.

Les ingénieurs du Centre Innovations Joyson Safety Systems se sont adressés à CRP Technology et à son service interne d’impression 3D avec les matériaux composites Windform ® TOP-LINE.

Ziadeh et Alt expliquent : « Les différentes études de marché que nous avons menées pour trouver le matériau et le procédé additif les plus appropriés pour satisfaire les performances exigées, nous ont orienté vers les matériaux composites Windform ® TOP-LINE de CRP Technology et, notamment vers Windform ® SP. »

« Windform® SP continuent Ziadeh et Alt a attiré notre attention et nous a surpris : ce n’est pas seulement un matériau composite à base de polyamide renforcé de fibre de carbone, mais il assure aussi des performances meilleures que celles exigées par notre application ! Sa fiche technique indique un potentiel très élevé à utiliser dans la production du support du DAB par le procédé de Synthérisation Laser Sélective. »

Après avoir analysé les fichiers de l’application, le Département d’Impression 3D de CRP Technology a réalisé le prototype fonctionnel du support d’airbag.

Grâce à la technologie utilisée (synthérisation laser sélective) et au matériau composite chargé de fibre de carbone Windform® SP, la Joyson Safety Systems a reçu en peu de temps la pièce demandée et a pu terminer l’étude ; le support Windform® a été essayé dans un module d’airbag complet.

Résultats

Joyson Safety Systems a communiqué que les essais ont mis en valeur des résultats excellents : en effet, « le matériau utilisé pour la construction du prototype fonctionnel ils disent a montré d’excellentes performances mécaniques en termes de grande robustesse et résistance aux chocs, ainsi qu’une bonne stabilité thermique décelée pour une vaste gamme de températures variables : 23 °C, -35 °C et 85 °C. »

« Ces résultats excellents nous ont surpris d’une manière positive et ont ouvert la voie à de futures nouvelles coopérations avec CRP Technology » affirme Samer Ziadeh, qui ajoute : « le prototype a été soumis à de nombreux essais et il a toujours montré des performances excellentes. Sa fonctionnalité attestée nous a orienté à considérer le développement d’un nouveau produit. »

Ziadeh et Alt ont également parlé des avantages découlant de l’utilisation de l’impression 3D professionnelle : « L’avantage principal déclarent-ils concerne la possibilité d’utiliser les polymères renforcés par les excellentes performances mécaniques. La combinaison entre synthérisation laser sélective et polymères renforcés permet la production de pièces complexes avec une bonne tolérance.

Windform® SP a montré d’excellentes propriétés mécaniques en termes de charge de rupture, thermiques et des caractéristiques de résistance aux températures élevées. Il s’agit de caractéristiques qui satisfont pleinement les exigences des supports pour systèmes DAB. »

http://www.joysonsafety.com/

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