L’impression 3D pour entrer dans le XXIe siècle avec Wabtec

L’impression 3D pour entrer dans le XXIe siècle avec Wabtec

Le transport ferroviaire est la clé de notre infrastructure mondiale et, d’une certaine manière, pourrait être l’avenir de cette infrastructure face à l’effondrement du climat. Pour ces raisons, il est crucial que le secteur ferroviaire garde une longueur d’avance en termes d’adoption de nouvelles technologies de fabrication potentiellement plus rationnelles. Parmi les entreprises qui jouent un rôle crucial dans l’adoption de ces technologies, on peut citer Wabtec Corporation, qui a adopté très tôt l’impression en 3D pour la fabrication des pièces d’extrémité des trains. Pour en savoir plus, nous avons parlé à Jennifer Coyne, leader mondial de la fabrication d’additifs (AM) chez Wabtec.

Avec une capitalisation boursière de 13,96 milliards de dollars, Wabtec (NYSE : WAB) est un fabricant de locomotives, ainsi que de solutions de transport de marchandises et de passagers. L’entreprise a ses racines dans la Westinghouse Brake Company (WABCO), fondée en 1869. Après une longue histoire en tant que WABCO, Wabtec a finalement été fondée en tant que société propre en 1999, avec la fusion de WABCO et de MotivePower, et a connu son prochain grand déménagement en 2019, lorsqu’elle a fusionné avec GE Transportation. Alors qu’elle entre dans une nouvelle ère de la fabrication ferroviaire, Wabtec a commencé à produire des locomotives d’une puissance allant jusqu’à 4 000 chevaux (3 MW) et explore également les trains entièrement électriques.

Wabtec est devenu l’un des premiers utilisateurs du système de projection de liant métallique H1 de GE Additive.

M. Coyne, qui a également été présenté récemment sur le 3DPOD, a noté que l’impression 3D est entrée dans le paysage en 2015-2016 en tant que technologie de prototypage, l’AM métallique devenant une partie de la stratégie de l’entreprise en 2017.

« C’est alors que nous avons formé une équipe et commencé à parler et à penser aux pièces de production. Je dirige cette équipe depuis 2017 », a déclaré M. Coyne. « C’est une sorte de processus de croissance progressive, mais peut-être aussi un peu plus rapide que la plupart des autres, car nous avons investi de manière assez agressive dans la formation de l’équipe et dans le développement de nos laboratoires pour servir nos activités internes et nos clients ».

L’équipe possède des laboratoires dans la région du nord-ouest de la Pennsylvanie, où se trouve la majorité des plastiques et des prototypes de Wabtec. À Grove City, l’entreprise se concentre sur les aciers et autres métaux en utilisant le jet de liant et la fusion laser sur lit de poudre (LPBF). En particulier, Wabtec est devenue l’un des premiers clients de la technologie de projection de liant H1 de GE Additive. L’installation nord-américaine la plus récente sera le Neighborhood 91 à Pittsburgh, qui se concentrera sur la livraison de pièces de LPBF en aluminium aux clients du transport en commun. À Bangalore, en Inde, Wabtec utilise également la technologie Multi Jet Fusion de HP pour imprimer en 3D des pièces industrielles pour ses clients.

Les composants qui seront imprimés en 3D vont des adaptateurs et des caches IOT pour les contrôleurs de freins aux embouts de distributeurs personnalisés et aux supports de capteurs

Coyne sous-estime peut-être la stratégie additive de Wabtec en disant qu’elle est « assez agressive ». Par rapport à la plupart des industries, hormis peut-être l’aérospatiale, la croissance de l’impression 3D chez Wabtec n’est comparable qu’à celle de GE. C’est logique puisque Coyne vient de GE Transportation. Avec des attentes similaires à celles de GE en matière d’additif, Wabtec s’est fixé comme objectif d’imprimer en 3D 25 000 pièces d’ici 2025. 2019 est la première année où l’entreprise a fait monter des pièces de production dans les trains. Cela s’est traduit par l’impression de 1 200 exemplaires individuels de 12 pièces différentes. Selon M. Coyne, les prototypes de pièces ont été imprimés en quantité similaire.

Pour y parvenir, Coyne dit qu’elle veut augmenter progressivement le nombre de pièces de série produites avec l’impression 3D. L’année dernière, il s’agissait de 12 pièces uniques de production. Cette année, il a été porté à 25. L’entreprise s’efforcera ensuite de doubler ce nombre afin que, d’ici l’année prochaine, le département des additifs de Wabtec soit « une machine bien établie et bien huilée, de sorte que nous puissions vraiment nous développer à partir de là », comme le dit Mme Coyne.

Il est évident que COVID-19 a ralenti presque tous les secteurs, mais Mme Coyne indique que l’intégration de GE Transportation et de Wabtec présente également des difficultés, car elle ne s’occupait auparavant que du fret et doit maintenant s’occuper également du transport. En outre, l’ancienne entreprise avait des clients principalement basés en Amérique du Nord, mais elle en a davantage à l’étranger depuis la fusion avec Wabtec.

« Au début, nous avions beaucoup de pièces de moteurs, où nous trouvions des succès – des échangeurs de chaleur pour moteurs par exemple – où notre technologie évoluait plus rapidement et où nous avions des normes d’émission, par exemple, qui allaient entraîner un changement technologique », a déclaré M. Coyne. « Maintenant, il faut aller vite quand nous avons un portefeuille plus diversifié et que nous avons du fret et du transit, et que nous avons de plus en plus de raisons de faire de l’additif. Nous avons des pièces de rechange, qui sont encore plus importantes pour le transit, car elles permettent à ces véhicules de transit de fonctionner pendant plus de 40 ans et les pièces de rechange finissent par être des actifs très uniques à cause de cela. Il est donc difficile de trouver des pièces de rechange dans certains de ces véhicules parce que les fournisseurs peuvent faire faillite, etc. Et puis, ils se soucient aussi de l’allègement, ce que le côté fret n’a jamais fait. C’est donc un autre avantage lorsque nous constatons que cet additif apporte en fait beaucoup de valeur ».

M. Coyne a pu donner des précisions sur les différentes propositions de valeur que l’impression 3D offre au fret par rapport au transit. Dans le fret, le poids est en fait nécessaire pour maintenir les roues sur le rail afin qu’il puisse tirer plus fort et adhérer au rail. En retour, l’impression 3D a permis d’améliorer l’efficacité de la production ainsi que la fiabilité du moteur, plutôt que l’allègement. L’entreprise a pu réduire la taille des échangeurs de chaleur, tout en leur permettant d’évacuer la chaleur résiduelle du moteur de manière plus efficace et plus fiable. L’utilisation de la technologie des additifs dans la production en série de pièces pour les échangeurs de chaleur et les turbocompresseurs a permis de réduire les délais d’exécution de 80 % et les stocks de 75 à 80 %.

En revanche, le transit est davantage axé sur la réduction du poids. Parmi les pièces qui sont influencées par l’impression 3D, on trouve des valves pneumatiques et des composants qui comportent de nombreux passages internes qui nécessiteraient généralement beaucoup d’usinage et de finition. En préparant une pièce pour les trains de transit, Wabtec a pu réduire le poids de 75 %, passant de sept kilogrammes à deux kilos et demi.

Étant donné la taille globale des pièces dans l’industrie, Wabtec a dû commencer à investir dans des imprimantes 3D plus grandes, M. Coyne affirmant qu’au départ, les systèmes de taille standard ne pouvaient pas produire des composants assez grands. C’est pourquoi Wabtec dispose, dans le quartier 91, d’une machine SLM 800, l’un des plus grands systèmes LPBF du marché.

Le quartier 91 est en soi un projet intéressant, dans la mesure où il est censé être un écosystème complet d’impression 3D. Le site est situé à côté de l’aéroport de Pittsburgh, ce qui permet un accès facile au transport aérien, et il comprend une entreprise entièrement consacrée au recyclage et à la fabrication de gaz argon à 60 % du coût typique. En retour, les pièces imprimées devraient également être nettement moins chères à fabriquer. Wabtec devrait emménager d’ici mars 2021 et sera l’un des premiers locataires clés du quartier avant que d’autres n’emménagent.

Wabtec est également membre de l’organisation Mobility Goes Additive en Europe, qui a tellement bien réussi à formaliser une industrie d’impression 3D pour le rail qu’elle s’est étendue pour créer également un réseau d’impression 3D médicale. Selon M. Coyne, l’adoption de l’impression 3D en Europe est très avancée par rapport aux États-Unis, en partie parce que l’additif convient mieux aux lignes de produits pour le transport en commun qu’au fret. En particulier, les entreprises européennes semblent avoir le désir d’alléger leurs produits par la consolidation des pièces.

Une grande différence entre les États-Unis et l’Europe est l’utilisation du rail pour le transit en général, y compris le transport longue distance. Les partisans d’une approche de type « Green New Deal » pour rendre les infrastructures américaines plus durables ont préconisé l’utilisation du train à grande vitesse (TGV) dans le pays. Interrogé sur le développement du TGV aux États-Unis, M. Coyne a laissé entendre que le transport ferroviaire continuera d’évoluer dans les zones urbaines, mais moins pour les déplacements nationaux à longue distance.

« Il y a une différence dans la façon dont nous considérons les transports publics et cela est dû à la densité des États-Unis par rapport à l’Europe et aux régions de l’APAC. C’est juste que nous avons le défi de voir les grandes villes plus éloignées les unes des autres », a déclaré M. Coyne. « Nous venons de publier un rapport sur le développement durable, qui traite de l’efficacité du rail par rapport à celle du camionnage, par exemple, pour le transport des marchandises. C’est vraiment très logique de parler de quelque chose comme ça, mais quand vous parlez de déplacer les gens, cela aura toujours l’air différent ici par rapport au reste du monde ».

Sans comprendre l’économie, ainsi que les relations probables entre les compagnies de transport aérien et ferroviaire, les géants du pétrole et les membres du gouvernement américain, il ne semble pas complètement hors de question de développer le TGV aux États-Unis. Après tout, la Chine a une superficie totale plus importante que les États-Unis avec de grands centres urbains également répartis les uns sur les autres, et pourtant elle possède plus de TGV que tout autre pays. Andy Kunz, président de l’Association américaine des trains à grande vitesse, a laissé entendre qu’il s’agissait peut-être davantage d’une question d’intérêts pétroliers contrariant le TGV et les transports publics dans le pays.

Même si le TGV ne devient pas la solution à long terme pour les transports en commun aux États-Unis, certains urbanistes écologistes estiment que l’électrification est cruciale pour la transition vers les énergies renouvelables. À cet égard, Wabtec a mis au point une locomotive de transport de marchandises 100 % électrique, composée de 20 000 éléments de batterie et dotée d’un système d’optimisation des trajets qui permet d’optimiser la distribution de l’énergie. Dans le cadre d’un programme pilote qui se déroulera au premier trimestre 2021, la locomotive à batterie fonctionnera avec des locomotives diesel en mode hybride sur un parcours de 350 miles à travers la vallée de San Joaquin en Californie.

Mme Coyne n’est pas sûre que des pièces imprimées en 3D se retrouveront sur la locomotive de la prochaine génération, mais elle affirme que son équipe d’additivation a joué un rôle déterminant dans le prototypage et la conception du moteur FLX Drive du train. Étant donné le potentiel des trains de marchandises entièrement électriques, cet auteur ne serait pas surpris si au moins quelques composants imprimés en 3D se retrouvaient sur une future version du système FLX Drive. Si c’est le cas, nous espérons avoir d’autres nouvelles sur le projet dans un avenir proche. Quoi qu’il en soit, c’est passionnant de savoir que Wabtec investit dans la MA pour le long terme.

L’article « Riding the Rails with Wabtec into the 21st Century with 3D Printing » a d’abord été publié sur 3DPrint.com | The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing.