Objectif commun : plus de durabilité

De l’automobile à la mobilité urbaine en passant par l’aviation, experts du secteur et visionnaires ont discuté défis et tendances, nouvelles opportunités de marché et possibilités technologiques lors des ENGEL Mobility Days 2023, sponsorisées par KTM Technologies, qui se sont tenues mi-juin en Autriche. Cette manifestation de deux jours, alliant intervenants de haut niveau et machines à la pointe de l’évolution, réunit et enrichit les conférences ENGEL précédentes trend.scaut et Lightweight Future Day en un nouvel événement de réseautage.

« Repensons entièrement la mobilité pendant deux jours ! ». Telles furent les paroles d’accueil adressées par Stefan Engleder, PDG du groupe ENGEL, aux plus de 500 invités au Design Center de Linz lors de l’ouverture des ENGEL Mobility Days 2023. La mobilité ne cesse de se diversifier. Un phénomène qui se reflète non seulement dans la liste des participants, mais aussi dans le programme des conférences : transport individuel en voiture, en deux-roues ou en scooter électrique, transport public par bus, train, navette automatique ou taxi aérien, ou bien encore aviation et concepts de mobilité logistique, du camion classique au drone. Tous ces secteurs sont unis par un objectif commun : rendre la mobilité plus durable.

Qu’il s'agisse de nouveaux systèmes de motorisation ou de la conduite autonome, les dernières tendances modifient fondamentalement les exigences en matière de mobilité et nécessitent parfois des concepts de matériaux et de fabrication entièrement nouveaux, qui ouvrent de grandes opportunités pour l’industrie du moulage par injection. « Les plastiques joueront un rôle encore plus important qu’aujourd'hui dans la mobilité du futur », souligne Franz Füreder, directeur de la division Automobile & Mobilité d’ENGEL. « Les polymères sont en soi des matériaux légers qui favorisent les économies d’énergie et de matières premières. Ils peuvent être moulés par injection de manière très efficace, ce qui rend les technologies innovantes accessibles au marché de masse ». Les ENGEL Mobility Days 2023 en ont présenté de nombreux exemples.

Michael Fischer, directeur du développement commercial des technologies chez ENGEL, relève un autre avantage de ce groupe de matériaux : « Les plastiques sont perméables aux ondes sonores et aux rayonnements électromagnétiques et sont donc indispensables à la conduite autonome ». La conduite autonome repose sur la connectivité et la communication entre les véhicules ainsi qu'avec les autres usagers de la route et l’environnement. Les capteurs utilisés à cet effet font appel à des méthodes électromagnétiques et acoustiques. Les capteurs de distance, par exemple, fonctionnent par ultrasons, le régulateur de vitesse adaptatif par radar et les assistants de vision nocturne par infrarouge.

« Les plastiques laissent passer toutes ces ondes et ont donc déjà supplanté l’aluminium et l’acier à l'avant et à l’arrière des voitures », explique M. Fischer. « La conduite autonome représente une grande opportunité pour le moulage par injection de plastique. Comme il est plus efficace que toute autre méthode de transformation, il permet d’allier capteurs, fonctionnalités électroniques et esthétique ».

Pour cela, ENGEL a notamment développé la technologie clearmelt, un procédé bicomposant qui associe l’IMD (In-Mould Decoration, décoration dans le moule) et le surmoulage en polyuréthane. « Le surmoulage en polyuréthane dans le moule permet d’obtenir une surface absolument reproductible et lisse avec une épaisseur de paroi uniforme », précise M. Fischer. « Cette technologie est donc prédestinée à l’intégration de capteurs optiques ».

À Landshut, en Allemagne, BMW fabrique les calandres de la BMW iX électrique en salle blanche avec cette technologie. Avec l'électrification des moteurs, la calandre au design emblématique de tous les modèles BMW s'enrichit d'une nouvelle fonction. Celle-ci héberge divers capteurs assurant la conduite assistée et, à l'avenir, la conduite autonome. Afin que les capteurs fonctionnent de manière fiable aussi en hiver, du polycarbonate est injecté à l'arrière d’un film intelligent chauffant qui est surmoulé de polyuréthane au cours d'un processus tout intégré. Après plusieurs applications pour l’habitacle, BMW a utilisé pour la première fois l’injection arrière de films combinée au surmoulage en polyuréthane pour la production en série de composants intelligents extérieurs, qui sont exposés à des conditions extrêmes. Sous la surface en polyuréthane résistante aux rayures, les composants électroniques sensibles sont bien à l'abri. La brillance élevée et l'effet de profondeur, obtenus même avec une fine couche de polyuréthane, confèrent à la pièce un aspect très luxueux. ENGEL est le fournisseur du système de ce projet complexe. L’installation de production intègre une presse à injecter ENGEL duo combi M avec plaque de renvoi, deux grands robots à bras articulé pour la manipulation des films et des pièces, une installation de nettoyage des films, un poste de contrôle qualité en ligne ainsi que différents périphériques avec technologie polyuréthane.

Dans le domaine de l’injection arrière et du surmoulage PUR combinés, ENGEL collabore avec des partenaires de développement, parmi lesquels les entreprises Leonhard Kurz Stiftung, Schöfer et Votteler Lackfabrik. Dans le cadre d’une étude de projet, les entreprises partenaires ont démontré que le surmoulage en polyuréthane, qui équivaut en termes de processus à une peinture dans le moule (In-Mould-Painting), ne représente que 20 % de la consommation d’énergie totale de la fabrication. Le processus intégré est ainsi nettement plus efficace sur le plan énergétique que la mise en peinture des composants séparée du moulage par injection.

La construction légère a un rôle central à jouer dans la réalisation des objectifs de protection du climat. Dans le centre technologique interdisciplinaire pour les composites légers de son site de production de St. Valentin en Autriche, ENGEL développe depuis plus de dix ans des solutions innovantes en collaboration avec des entreprises partenaires. Son but principal : mettre en place des processus intégrés et automatisés pour une production en grande série rentable.

Les travaux de développement se concentrent notamment sur les matériaux composites thermoplastiques à base de fibres. « En raison d'une part des processus très efficaces de transformation des thermoplastiques et, d'autre part, de leur plus grande durabilité », commente M. Füreder. Une approche qui s'appuie résolument sur les thermoplastiques ouvre la voie au recyclage ultérieur des composants.

Le procédé organomelt d'ENGEL permet, en une seule étape intégrée, de donner une forme et des fonctionnalités aux produits semi-finis thermoplastiques en matériaux composites renforcés de fibres tels que les tôles organiques et les rubans unidirectionnels. À cet effet, les nervures de renfort ou les éléments de montage sont surmoulés immédiatement après le formage, dans le même moule, avec le même type de thermoplastique que la matrice de la tôle organique.

La première application à grande échelle de cette technologie a été lancée en 2018 chez Valeo Front End Modules à Smyrna, Tennessee, aux États-Unis. Cette société fabrique des modules de face avant avec guidage d'air intégré à partir de tôles organiques pour un célèbre équipementier allemand. La solution système fournie par ENGEL pour la production en grande série entièrement automatisée se compose d’une machine à injecter ENGEL duo 1700, de trois robots à bras articulé ENGEL easix pour la préparation de nombreux inserts métalliques et pour la manipulation des tôles organiques, d’un robot linéaire ENGEL viper 90 ainsi que d’un four à infrarouge ENGEL.

Grâce à une structure à deux coques, les conduits d’air ont pu être intégrés directement dans la structure porteuse. Les deux demi-coques sont produites en « one-shot » : les deux tôles organiques sont chauffées simultanément dans le four à infrarouge et placées dans le moule, où elles sont formées et fonctionnalisées.

Le recyclage des pièces en composite renforcé de fibres est un autre axe de développement du centre technologique pour les composites légers d’ENGEL. « Nous pensons que le recyclage automobile réintroduira à l'avenir de nombreux composants renforcés de fibres de verre en polyamide et en polypropylène purs dans les cycles de matériaux. Cependant, lors du broyage, les fibres de verre sont raccourcies. Pour produire à nouveau des pièces composites renforcées de fibres de haute qualité à partir des retours, il faut rajouter des fibres lors du traitement des matières recyclées », explique M. Fischer. « Nous travaillons sur un concept qui permet d’ajuster très efficacement les propriétés des matériaux. »

Celui-ci repose sur le nouveau procédé en deux étapes présenté par ENGEL au salon K 2022. Dans l’installation, la plastification et l’injection sont séparées en deux processus indépendants mais coordonnés afin de loger un filtre à matière fondue et une unité de dégazage entre les deux groupes. Ce système permet d’utiliser les déchets plastiques pour le moulage par injection directement après le broyage en paillettes de qualité supérieure. Grâce à la suppression d’une étape de traitement complète, à savoir la regranulation, le procédé en deux étapes réduit considérablement la consommation d’énergie et la charge de travail par rapport au recyclage traditionnel. Afin de pouvoir transformer à nouveau les pièces en composite renforcé de fibres broyées en composants de véhicules à très haute résistance mécanique, ENGEL intègre désormais une alimentation de fibres de verre dans le concept de l’installation, en plus du filtre à matière fondue. Les longues fibres de verre neuves sont ajoutées avant l’injection. « Nous en sommes encore au stade expérimental », dit M. Fischer. « Les premiers essais sont très prometteurs. »

Les technologies de motorisation alternatives ouvrent également de nouveaux potentiels pour l’industrie du moulage par injection. « La technologie hydrogène fait actuellement l’objet d’un développement particulièrement intensif en Europe, notamment dans le secteur des poids lourds », rapporte M. Fischer. « Avec la coentreprise Cellcentric, Daimler Truck et le groupe Volvo unissent leur expérience dans le développement et la production de systèmes de piles à combustible et ont choisi ENGEL comme l’un de leurs fournisseurs de technologies. »

La compétence d’ENGEL dans la transformation des élastomères et en particulier du silicone liquide (LSR) s’est avérée décisive. Les piles à combustible nécessitent de nombreux joints, dont certains sont directement injectés sur des composants en métal ou en plastique, auxquels s’ajoutent des passages de câbles en LSR.

Chaque pile à combustible nécessite plusieurs centaines de plaques bipolaires métalliques, mais M. Fischer est convaincu que cela pourrait changer à long terme. « Nous développons déjà des solutions de moulage par injection pour les plaques bipolaires à base de thermoplastiques. La difficulté réside dans l’épaisseur des plaques, seulement quelques dixièmes de millimètres, pour laquelle nous combinons les technologies "parois minces" avec le moulage par injection-compression. »

Les thermoplastiques remplacent également de plus en plus souvent les tôles d’acier et d’aluminium pour les carters et les bacs de batterie des véhicules électriques, hybrides et à pile à combustible. Par exemple, Envalior, née de la fusion de DSM Engineering Materials et de la division High Performance Materials de Lanxess, développe un nouveau type de bac de batterie en polyamide avec une forte teneur en fibres de verre. L’épaisseur de paroi est inférieure à 7 mm, pour un poids de moulée individuelle de 60 kg. « Le défi consiste à ce que le plastique puisse supporter les fortes charges de manière stable », explique M. Fischer. « En outre, le grand volume de la pièce et le poids de moulée très élevé nécessitent une très grosse presse à injecter. Nous prévoyons une machine gros tonnage ENGEL duo d’une force de fermeture de 8 000 tonnes. »

Si les machines à injecter gros tonnage duo ont longtemps été disponibles en version standard avec des forces de fermeture allant jusqu'à 5 500 tonnes, ENGEL a augmenté la puissance de sa gamme pour les nouvelles applications dans le domaine de la mobilité, mais aussi dans d’autres secteurs. Outre les pièces particulièrement grandes et volumineuses, ces nouvelles méga-machines permettent, grâce à leurs zones de moule extrêmement spacieuses, une intégration de processus encore plus étendue, par exemple dans le domaine du vitrage.

« Les forces de fermeture de plus de 10 000 tonnes et les poids de moulée de plusieurs centaines de kg sont déjà techniquement possibles aujourd'hui », indique Stefan Engleder en soulignant l’engagement d’ENGEL à donner une nouvelle dimension aux machines gros tonnage. « Nous avons créé des capacités de montage dans ce but aussi bien dans notre usine gros tonnage à St. Valentin, en Autriche, qu’à Shanghai, en Chine. Nous aidons nos clients dans le monde entier à relever les nouveaux défis de la mobilité. »