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Solutions d’allègement dans les applications automobiles extérieures
au travers des solutions matières, process et design.
MP Buron - FAE
Mat Days, 05/11/2015
Agenda
Mat Days - Strasbourg – 05/11/2015 2
� Présentation de Faurecia Automotive Exteriors
� Allègement : une nécessité liée aux réglementations
� Mise en place des solutions Matériaux /Process/design adaptées à
chaque application extérieure :
� Pièces extérieures
� Hayon TP
� Planchers
� Challenges et perspectives
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Un des plus grands équipementiers automobiles mondiaux
#1 mondial des mécanismes et structures de sièges
#3 mondial des sièges complets
Faurecia Automotive Seating
Faurecia Interior Systems
#1 mondial de l'intérieur véhicule
Faurecia Emission Control Technologies
#1 mondial des systems de control des emissions
#1 en Europe des pièces de carrosserie plastique
Faurecia Automotive Exteriors
• Un porte feuille client diversifié : 2014
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Faurecia Automotive Exteriors : #1 en Europe pour les pièces plastiques extérieures
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Camions Mass market Véhicules Sports & Luxe
PIECES
STRUCTURELLES
PIECES SEMI-
STRUCTURELLES
CLASS - A
Carbone peint ou visible
Crash ou Grande Rigidité
Non peint Peint
Peint
Carbone
visible
Non peint
Peint
Applications
Pro
du
its
Interface caisse & Structure
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Faurecia Automotive CompositesPresence sur 9 Segments du Marché des Composites
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Applications extérieures
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� Présentation de Faurecia Automotive Exteriors
� Allègement : une nécessité liée aux réglementations
� Mise en place des solutions Matériaux /Process/design adaptées à
chaque application extérieure :
� Pièces extérieures
� Hayon TP
� Planchers
� Challenge et perspectives
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Allègement : une nécessité liée à la règlementation C02
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� Une tendance mondiale de la régulation des émissions
� Engagement de l’UE de diminuer les émissions de gaz à effet de
serre, notamment dans les transports (directive européenne
CE/443/2009)
� La réglementation fixe à 95 g/km l’émission moyenne des voitures
à l’horizon 2020.
� A partir de 2019, une pénalité de 95€ par g/km de CO2
supplémentaire émis
� Objectifs de réduction de masse des véhicules chez les
constructeurs
� Réduire le poids réduit la consommation et les émissions
Positionnement des contructeurs émission/Poids 2015
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Applications extérieures
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� Présentation de Faurecia Automotive Exteriors
� Allègement : une nécessité liée aux réglementations
� Mise en place des solutions Matériaux /Process/design adaptées à
chaque application extérieure :
� Pièces extérieures
� Hayon TP
� Planchers
� Challenges et perspectives
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Allègement des pièces extérieures
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� Axes Matieres / Process / Design
PC densité réduite
Épaisseurs finesFluidité matière
Renfort TD HPerfo
P/E developments& mix
Renfort TD HPerfo
Process (foaming, …)
Pare-chocs, portescapot, hayon
Pièces carbone visible
Process RTM
Tissus Carbone
ABS/PCP/E-TD30
RigiditéDimensionnel et
‘tendu’Densité
Spoiler
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Evolution dans l’allègement des hayonsM
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Des
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Op
tim
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Générations véhicules
GMT ½ struct, peau plastique, verre
MB A-class, Nissan Murano, Infinity, VOLVO V70
LFT ½ struct non optimizée, peau TPlastique,
verre, inserts métalNissan rogue / Ford kuga / PSA 308/308SW/BMW i3 / Renault
Clio / Smart top
LFT ½ struct optimisée,
Peau TPlastique, verreSubaru R1
LFT ½ struct optimisée, peau TPlastique
et vitre TP.SABIC’s concept
METAL SMC ½ struct., peau TPlastique , verreSkoda Roadster R231, Smart, JLR Evoque, Volvo S80,
Renault
GEN I
GEN II
*GMT: glass mat thermoplastic (TRE); LFT : long fiber technology
(Source : Sabic)
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Solution hayon tout plastique
Inner structure: PP-GF External panels: PP-TD
Thermoplastic structure
Inner side
Outside
Standard: Steel
design
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Pièce de ½ structurePièce de ½ structure
Pièce de½ structure
SMC
-18 %
Epaisseur: 3 mm
Capex ++
Tp cycle 1,5 - 2mn
TP + acier
-20 %
Epaisseur: 3 mm
+
1 - 1,5 mn
TP + CFRT
-25 %
Epaisseur: 3 mm
+
1 - 1,5 mn
Exemple de pièce ½ structurelle :Hayon
Allègement
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Matériaux Composites de renfort : ½ produits et Produits finis
Glass strand matof short fibers
GMT-TRE flancs(PP-LGF)
Chopped fibers
Fibres coupées(for TS* or TP)
SMC flancs (TS*:polyester-LFG)
Pultrusion avec PP
extrusion
CompoundsPP, PA-SGF
Polymer matrix
Glass filaments
Compounds PP-LGF
CFRT Renforts 2D and 3DCFRT Renforts 2D and 3D
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* TS: thermosets
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CFRT thermo-Stamping + surmoulage Process description
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Chauffage IR du CFRT (à proximité du moule)
Thermoformage
Transfer dans l’outil: chauffage au transfert
Cycle du Process
3
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Surmoulage
Prise du CFRT par le préhenseur
1
Prise de la pièce par un robot
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Conformation
Finalisation & contrôle
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Définition de concept et méthodologie de simulation
Title - Place - Date 15
Tests physiques Phase numérique
Niveau échantillon
Sous-ensemble
Matériaux Composite : loi visco-elasto-plastique avec endommagement
Loi Matière Identification à partir de spécimens
Niveau Composant
Tests physiques sur sous-système (poutre, etc…) and corrélation numérique
Comportement à l’endommagement
Static & crash, temperature & speed
M3
Corrélation physique & numérique sur sous-système représentatif: moule “école”
M2
Product performanceProcess performance (moulage & assemblage)
M1
Identification de la Loi Matière et corrélation sur élément de sous-ensemble.
Simulation de l’assemblage. Process de corrélation fait au niveau du composant.
Niveau Véhicule
Corrélation physique & numérique représentative véh icule (pièce prototype grandeur nature)
Performance “Produit /process” sur véhicule
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Exemple de pièce de structure :Plancher arrière
SMC 60% GF TP PA-CFRT
- 30 %- 30 %
RTM : fibres de
carbone courtes
+ Epoxy (DFP process)
- 56 %
PA GF 60
-16 %
Epaisseur: 3 mm Epaisseur: 2,5 mm Epaisseur: 2 mm
Référence : AcierRéférence : Acier
Epaisseur: 1,5 mm
Capex ++ ++++
Tp cycle 1mn 1-2 mn1,5-2 mn 3 mn => 2mn
Allègement
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Procédé SMC “sheet moulding compound”
Des propriétés liées à sa structure
• CLTE similaire aux métaux• Isolant électrique • Résistant à la flamme• Vinyl ester
La réaction de réticulation
crée des liaisons covalentes
donnant certains avantages par rapport au
TP
• Endurance sous contrainte• Résistant à la T°,• Résistance rupture fluage• Retrait faible proche 0
140-160°C, 50-100bar, 1min30-2min
Pièce avec 10 à
60%masse de fibres
Pre-UnsaturatedPolyester
+ Styrene
(démarre avec peroxide)
Radical
copolymerizationUnsaturated
Polyester
SMC Produit semi-fini
� Le SMC est employé en thermo-compression pour des volumes de production
importants de pièces assez complexes.
• Densité • RecyclabilitéMat Days - Strasbourg – 05/11/2015
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Procédé RTM avec Epoxy
• Resistance rupture fluage• Retrait faible proche 0
• Process flexible• Endurance sous contrainte• Resistant à la T°
• Fast Cure : 2mn30 objective
Pièce avec
jusqu’à 60%masse
de renfort
Bisphenol A diglycidyl ether
Diaminehardener
ReticulationPoly epoxyde
Resin injection (1-4bars)30-40°C
Reinforcement
Mixing head
+
dfp
Tool 140°C
Resine Catalyst
� Le RTM est employé pour des productions faibles (<10000p/an) de grandes pièces assez
planes.
La réaction de réticulation
crée des liaisons covalentes
donnant certains avantages par rapport au TP
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Source : BASF
Mold
Future technologieT-RTM “Thermoplastic Resine Transfer moulding”
Anionic polymerization150°C – 2 min.
• Performances mécaniques en dynamique
• Résistance à l’impact
• Assemblage: soudage
Avantages d’une résine thermoplastique
• Stabilité thermique (e-coating)
• Retrait
• Fluage, viellissement
Limites Potentielles
• Recyclable
• Cout = PA6
• Densité
dfp
Reactive mix
110°C
GF – CF fabrics50%vol (60-70%wt)
150°C
� Le T-RTM est basé sur la polymérisation du caprolactame thermoplastique, en employant un
process proche du RTM thermodur.
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Composite TP
injecté,
T-RTM
+ renforts
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Technologies composites - prévisionsChoix des technologies en fonction des volumes à produire
Volumes faibles10 000 v/y
Volumes moyens100 000 v/y
Mass Market Volumes de Production(veh/an)
Pre
preg
de
Car
bone
RTMverre
RTMcarbone
SMC verre
(<30%verre, fb courtes)
Thermodurs Thermoplastiques
HybrideThermoplastiqueInjection / SMC
verre Tout thermoplastique
injecté
Performances Mécaniques
PIECE
STRUCTURELLE
Crash
Haute Rigidité
PIECE
1/2
STRUTURELLE
Body and structure interface
Pièces de
carbone visible
Tubes
Cabines de camion
Ressorts à lames
Hayon
� Compte tenu des volumes à produire, un producteur ne peut avoir qu’une technologie� Un producteur ne peut couvrir tous les marchés
SMC carbone H-Perfo
SMC verre H-Perfo
(>56%verre, tissu/f.courtes)
Planchers
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Ouvrant de
coffre, Hayon
Bac de roue de
secours
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Applications extérieures
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� Présentation de Faurecia Automotive Exteriors
� Allègement : une nécessité liée aux réglementations
� Mise en place des solutions Matériaux /Process/design adaptées à
chaque application extérieure :
� Pièces extérieures
� Hayon TP
� Planchers
� Challenge et perspectives
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� 3 leviers techniques pour réduire la masse
Challenges et perspectives
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Diminution
d’épaisseur pièce
Conception pièce
adaptée aux
Matériaux/Process
La diminution de
densité
: Renforts et interfaces plus performants
Matériaux + performants :
Métaux : Aciers haute résistance, Aluminium
Plastiques: Renforts et interfaces plus performants
(talc, verre, carbone, FNat)
Renforts continus (tissus, tapes)
La diminution de
surface pièce
Travail sur la
conception pièce
L’augmentation des
performances mécaniques
Allègement Allègement
pièce
Remplacement
des métaux
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Challenges et perspectives
� Le challenge technique porte maintenant sur:
- le matériau et sa chaine de la valeur,
- les procédés de transformation et d‘assemblage,
- un design adapté au Matériaux/Process, sa fonctionnalisation.
L’allègement est valorisé
à ≈ 5-6€ par kg gagné
auprès des OEM.
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