Résoudre le problème des pièces détachées de voitures anciennes

Une légende urbaine dans le monde de l’automobile veut que 70 % des véhicules Porsche jamais fabriqués soient encore en circulation aujourd’hui. Que ce chiffre soit exact ou non – Porsche le prétend lui-même – il est clair que les propriétaires de Porsche prennent grand soin de leurs voitures.

L’entretien des voitures anciennes exige trois choses : une attention constante de la part du propriétaire, les soins attentifs de mécaniciens qualifiés et, bien sûr, la disponibilité de pièces de rechange. Les pièces d’origine sont la meilleure option, mais les amateurs de voitures anciennes affirment qu’il est souvent impossible de s’en procurer car le fabricant ne les produit tout simplement plus. Dans certains cas, des fabricants de pièces de rechange tiers peuvent intervenir, mais parfois les pièces n’existent plus… nulle part.

Dans ce cas, la seule option est de faire une copie de la pièce de rechange à partir de zéro, ce qui est plus facile à dire qu’à faire. Toutefois, si vous pouvez mettre la main sur la pièce originale non fonctionnelle et si vous savez vous servir d’un scanner 3D (ou si vous connaissez quelqu’un qui peut s’en servir pour vous), il y a de la lumière au bout du tunnel.

Rétro-ingénierie d’une bouche d’aération complexe du tableau de bord de Saab

Aniwaa a récemment réalisé un projet de rétroconception dans le monde réel, dans lequel nous avons eu deux grands coups de chance. D’une part, nous disposions d’une version non endommagée de la pièce endommagée pour travailler ; d’autre part, nous avions également en notre possession un Shining 3D FreeScan UE Pro, que je testais à ce moment-là.

La pièce, une bouche d’air de tableau de bord, appartient à un de mes collègues de Sopra Steria Next, une société de conseil française. Ce collègue est très attaché à un type de voiture ancienne très particulier. Cette pièce spécifique provient d’une Saab 900 Aero de 1993, fabriquée à seulement 70 exemplaires. Après des années d’entretien de qualité, la bouche d’aération gauche du tableau de bord a fini par lâcher, subissant une sorte de fusion suite aux assauts constants du temps et du soleil.

Mon collègue avait prévu d’acheter les pièces de rechange appropriées, mais pour ce véhicule rare et unique, elles étaient introuvables. Et même si elles l’avaient été, les pièces d’origine d’une voiture comme celle-ci peuvent se vendre plus de 1 000 $, car elles doivent être récupérées sur l’une des rares voitures survivantes. J’ai donc dit à mon collègue que nous allions essayer de l’aider.

Étape 1 : numérisation 3D de la partie non endommagée

La pièce d’origine est faite d’un plastique ressemblant à du caoutchouc. Comme elle est sombre et tachetée de nombreux petits détails, la numérisation 3D n’allait pas être une tâche facile. Cependant, le Shining 3D FreeScan UE Pro a fait un excellent travail compte tenu de mon manque d’expérience (bien que j’aie un bon niveau d’expertise dans l’utilisation des scanners 3D en général). Ce processus de numérisation 3D est largement détaillé dans notre test FreeScan UE Pro.

En bref, le processus a consisté à pulvériser la pièce avec un spray matifiant, puis à la numériser avec le mode ligne parallèle du scanner à une résolution de 0,2 mm. Nous sommes ensuite passés en mode ligne unique pour saisir les détails de zones complexes et avons enfin utilisé le mode de numérisation HD partielle pour capturer les lettres dans leurs moindres détails. Nous avons pris trois numérisations distinctes de la bouche d’aération, et leur assemblage à l’aide de la fonction d’alignement des nuages de points du logiciel n’a pris que quelques secondes.

À la fin du processus de numérisation 3D, nous avons obtenu un fichier OBJ de bonne qualité. Notez que le brillant 3D FreeScan UE Pro a été capable de capturer en détail la texture semblable à du cuir de la pièce originale.

Étape 2 : Rétro-ingénierie de la pièce

L’objectif principal de ce processus était de transformer un nuage de points obtenu par numérisation 3D en une pièce CAD propre et imprimable en 3D.

Il existe une multitude de logiciels de CAD capables de transformer un scan en un modèle CAD, mais l’obtention d’une qualité optimale requiert du temps et un haut niveau de compétence. Nous avons donc décidé d’essayer le service de rétroconception de Shining 3D, accessible par une adresse électronique affichée à la fin du processus de numérisation 3D dans le logiciel FreeScan. Shining 3D offre ce service utile depuis quelques années maintenant, mais certains utilisateurs de FreeScan ne sont peut-être même pas au courant de son existence, car il n’a pas été commercialisé de manière agressive.

Pour procéder, le bureau de service Shining 3D a généralement besoin des données de numérisation 3D initiales (le nuage de points), du fichier 3D obtenu (le fichier OBJ), de certains détails du projet et de photos de la pièce originale. Il peut ensuite effectuer une rétro-ingénierie de votre pièce et vous renvoyer des données propres et de qualité technique. Ce n’est pas gratuit, bien sûr, mais le bureau de service peut fournir un devis rapide dès qu’il reçoit vos informations.

Nous avons envoyé toutes les informations relatives à la bouche d’aération et demandé un devis. Au bout d’un jour, nous avons eu une réponse précise du service : le travail coûterait 120 dollars. Nous avons immédiatement accepté l’offre et envoyé l’argent par PayPal, et nous avons reçu le fichier CAD 3D optimisé au format STEP trois jours plus tard.

Le fichier CAD STEP est essentiellement une version nettoyée de la pièce scannée originale, sans aucun défaut et prête à être imprimée en 3D. Les ingénieurs de Shining 3D ont réussi à créer le fichier le plus propre – en plus de supprimer les petits défauts et artefacts des données de numérisation 3D.

Ce travail exige une capacité d’ingénierie permettant de comprendre et d’interpréter quelles sont les caractéristiques géométriques importantes de la pièce à rétroconcevoir. L’équipe du service de rétroingénierie s’est très bien débrouillée, à un prix abordable et en peu de temps.

Étape 3 : Impression 3D de la pièce

En raison de son utilisation finale spécifique, cette pièce devait être assez résistante à la chaleur. Nous avons découvert que la flexibilité n’était pas une exigence, nous avons donc fait deux tests d’impression 3D, l’un avec de l’ASA noir, l’autre avec du PA-CF, naturellement noir.

Préparation du fichier

Dans la plupart des cas, les fichiers STEP ne sont pas directement utilisables comme entrée dans un logiciel de découpage pour l’impression 3D. Une étape de tessellation est nécessaire pour transformer un modèle B-Rep en un fichier tessellé fermé et étanche – OBJ et STL étant les formats les plus notables, avec 3MF et AMF leurs remplaçants en attente.

Pour l’opération de tessellation, nous avons utilisé FreeCad. Même en tant qu’utilisateurs novices (nous sommes des adeptes de SolidWorks pour les travaux liés à la CAD), l’opération n’a pris que quelques secondes, et nous avons obtenu un fichier STL propre, prêt pour l’impression 3D.

Impression 3D

Nous avons imprimé la pièce deux fois. La première fois, elle a été imprimée en ASA noir avec une résolution de 200 microns sur une FabWeaver type A530. Pour éliminer les supports, nous l’avons imprimée à l’envers. Les surfaces de la partie inférieure se sont avérées excellentes, mais la face supérieure – la plus importante dans notre cas – était un peu rugueuse.

La pièce était très rigide, mais ce n’était pas un problème pour mon collègue, nous avons donc eu l’idée d’expérimenter un autre matériau.

La deuxième fois, nous avons choisi un matériau ayant de bonnes qualités esthétiques, à savoir le PA-CF, et l’avons imprimé sur une Raise 3D E2CF. Nous avons imprimé les pièces avec des supports sur leur face inférieure, pour obtenir la meilleure qualité de surface possible.

Le retrait du matériau de support (qui n’était pas soluble) a été un peu fastidieux ; cependant, comme le PA-CF est très résistant, nous n’avons pas eu peur d’endommager les pièces en retirant mécaniquement les supports avec une pince et un couteau.

Au final, nous étions très satisfaits du résultat, et – peut-être le plus important – mon collègue aussi ! Il a soigneusement rangé les pièces imprimées en 3D et attend actuellement que le tableau de bord de la voiture soit rénové avant de les utiliser.

Conclusion

Dans l’ensemble, cet exercice a montré pourquoi la rétro-ingénierie est un outil si précieux pour produire des pièces de rechange qui n’existent plus pour les voitures anciennes. La rétro-ingénierie permet de produire des pièces de rechange de haute qualité à un coût moindre et dans un délai plus court que l’achat de pièces d’origine.

En fait, l’ensemble du processus peut être réalisé rapidement et en douceur, même si vous ne maîtrisez pas toutes les étapes. Vous pouvez avoir l’équipement et les compétences nécessaires pour faire les choses vous-même, ou vous pouvez faire appel à un prestataire de services pour certaines tâches. Dans notre cas, nous avons déployé en interne le très efficace scanner 3D FreeScan UE Pro, nous avons sous-traité le processus de rétroconception à Shining 3D, puis nous avons imprimé nous-mêmes les pièces finales. Mais il existe d’autres façons de procéder. Par exemple, les experts en CAD peuvent préférer faire eux-mêmes la rétroconception et sous-traiter l’impression 3D.

Les avantages en termes de coûts sont indéniables. Non seulement mon collègue a maintenant une pièce de rechange qu’il ne pouvait trouver nulle part ailleurs, mais nous pouvons également réimprimer la pièce à l’avenir si elle est à nouveau endommagée, grâce au fichier CAD de qualité technique créé par Shining 3D. La prochaine fois, la seule dépense sera le coût de l’impression 3D, qui est minime. IdeaMaker, notre logiciel d’impression 3D Raise3D, estime un coût de moins de 15 $ pour la pièce en PA-CF et son support (ce chiffre ne comprend pas les coûts de main-d’œuvre et d’énergie, mais les coûts des matériaux sont généralement les dépenses les plus importantes). Enfin, un autre avantage du processus de rétro-ingénierie est qu’il permet aux fabricants ou aux ateliers de réparation de produire des pièces de rechange de qualité identique, voire supérieure, à celle des pièces d’origine, étant donné la liberté qu’il offre d’apporter des ajustements mineurs à la conception et de tester des matériaux exotiques.