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Le soudage par friction-malaxage avec des robots fait évoluer la production de véhicules électriques au niveau supérieur

La voiture électrique remplacera à l’avenir la voiture à combustion - les experts en sont convaincus. Les grands et lourds boîtiers de batterie sont soumis à des exigences particulières. KUKA a développé trois installations pour un sous-traitant automobile mondial. Grâce au soudage par friction-malaxage robotisé (en anglais friction stir welding, FSW) avec le module d’application KUKA FSW et KUKA cell4_FSW, la fabrication peut non seulement atteindre un nouveau niveau de qualité, mais également être économique et écologique.


Soudage par friction-malaxage : de grande qualité, rentable et durable

Huit robots KUKA, dont trois modules d’application pour le Friction Stir Welding avec le KR FORTEC dans trois cellules cell4_FSW, se trouvent depuis 2022 chez un grand sous-traitant automobile au Portugal. Ils s’occupent de ce qui sera probablement l’avenir de la conduite : les boîtiers de batterie pour la voiture électrique, qui sont fabriqués à partir de différents alliages d’aluminium afin de rendre le véhicule aussi léger que possible. La procédure FSW, en particulier, revêt une importance particulière dans ce domaine. En effet, le procédé robotisé ne fournit pas seulement une qualité de soudage maximale avec une bonne rentabilité, mais il est également considéré comme une technologie verte grâce à sa faible consommation d’énergie. La fabrication du support pour la batterie de la voiture électrique passe à un tout autre niveau. Selon les indications du client, le coût d’un mètre linéaire de soudage par friction-malaxage est aujourd’hui déjà plus avantageux que la consommation équivalente de fil pour le soudage à l’arc sous protection gazeuse.

Soudage par friction-malaxage robotisé : ligne de production pour supports de batterie

Et c’est justement dans le domaine de l’électromobilité que le soudage par friction-malaxage des supports de batterie s’est établi chez de nombreux fabricants et fournisseurs de l’industrie automobile.

Soudage entièrement automatisé pour l’E-Mobility

L’électromobilité ne cesse de se développer dans le monde entier. Le cœur de la voiture électrique, la batterie, est ainsi fixé au sol des véhicules par un boîtier composé d’un cadre soudé par soudage à l’arc sous protection gazeuse et constitué de profilés extrudés, fermés par une plaque de tôle ou par des profilés extrudés à double paroi. Pour la fabrication de ces boîtiers, KUKA accompagne le client depuis plusieurs années et a déjà livré trois installations différentes. « Nous avons évolué ensemble avec les exigences des clients - de l'application de soudage individuelle à la ligne de production entièrement automatisée », explique Patxi Blanco, Global Key Account Manager chez KUKA, qui a suivi le processus des boîtiers de batterie légers depuis le début.

Exigences élevées pour les cordons de soudure du boîtier de batterie

Tout a commencé en 2019, lorsque le client utilisait encore un type d’installation d’un autre fabricant et n’était pas satisfait de la qualité de soudage. En effet, pour les boîtiers de batterie des voitures électriques, les exigences en matière de soudure sont très spécifiques. Contrairement aux véhicules hybrides, la batterie d’une voiture purement électrique est plus grande et plus lourde et est directement intégrée dans le sol. « Cela exige une grande rigidité et, du fait de leur intégration dans le sol, les boîtiers sont susceptibles de subir des collisions. Cela signifie qu’ils doivent résister à des forces énormes », explique Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution chez KUKA.

Plus de batteries, plus d’installations

Le soudage par friction-malaxage (Friction Stir Welding) est idéal pour répondre à ces exigences en matière de coffret de batterie. Afin d’améliorer la qualité de soudage chez ce sous-traitant automobile mondial, KUKA a d’abord développé une installation avec deux cellules dotées respectivement d’un KR FORTEC. En raison de la flexibilité permettant de pouvoir souder différents coffrets de batteries sur une seule installation, le client était tellement satisfait qu’il a commandé la même année une autre installation à KUKA. Cette fois-ci, il s’agissait d’une cellule avec un robot qui, au lieu d’utiliser un seul dispositif, en utilisait déjà trois. Il est ainsi possible de réaliser trois applications de soudage différentes, ce qui nécessiterait sans cela trois installations non robotisées. 

Soudage par friction-malaxage robotisé pour des boîtiers de batterie dans deux cellules KUKA cell4_FSW.

Rentable et dynamique : voici comment est créé le coffret de batterie pour le véhicule électrique

« Cette solution permet d’économiser deux installations et les coûts associés en termes de personnel et de surface de production pour le même rendement », explique Patxi Blanco. La solution de KUKA est extrêmement rentable : le robot de soudage par friction-malaxage peut être utilisé jusqu’à 95 pour cent de ses capacités car pendant le processus de soudage, les dispositifs peuvent déjà être chargés et déchargés dans une zone de sécurité spécifique. Un autre avantage : grâce au robot, le processus est non seulement plus dynamique, mais il nécessite également une surface de base plus restreinte.


Nous avons réalisé le montage et la mise en service dans notre usine d’Augsbourg. C’est là que la réception de l’installation par le client a eu lieu, raison pour laquelle l’installation sur place s’est déroulée rapidement et sans problème.

Patxi Blanco, Global Key Account Manager chez KUKA

Avantage : installation rapide et sans problème

C’est pourquoi on n’en est pas resté aux deux installations. Trois ans plus tard, ce n’est pas seulement le simple processus de soudage qui a lieu à l’aide de robots, mais toute la production qui est automatisée. Dans trois cellules KUKA cell4_FSW, huit robots travaillent désormais en quatre étapes pour fabriquer les boîtiers de batterie en différents alliages d’aluminium conformément aux exigences élevées. Dans un premier temps, la plaque d’assise est soudée et dans un deuxième temps, elle est ébavurée. Une fois la plaque terminée, les robots soudent le cadre à la plaque d’assise et enfin, à l’étape quatre, ils ébavurent l’ensemble du coffret de batterie. « Nous avons réalisé le montage et la mise en service dans notre usine d’Augsbourg. C’est là que la réception de l’installation par le client a eu lieu, raison pour laquelle l’installation sur place s’est déroulée rapidement et sans problème », explique Patxi Blanco à propos de ce projet de longue date dans le domaine de l’électromobilité.

La première étape consiste à préparer les pièces détachées pour les plaques d’assise.

Soudage par friction-malaxage pour une précision maximale

Spécialement développée pour le marché en pleine croissance de l’électromobilité, la cellule de soudage par friction-malaxage KUKA cell4_FSW offre, outre une efficience économique exceptionnelle, un maximum de polyvalence et de possibilités de configuration. « Grâce à une précision de trajectoire inférieure à 0,5 millimètre, il est possible de réaliser des cordons de soudure très précis et parfaits », explique Stefan Fröhlke. Le guidage précis de la trajectoire repose d’une part sur l’utilisation du KR FORTEC 500 R2830 MT, qui est remarquable de par sa grande rigidité et sa longévité. D’autre part, le calibrage précis de la trajectoire assisté par laser pour la compensation des déviations de trajectoire joue un rôle considérable dans la capacité du cordon de soudure à répondre aux exigences élevées en matière d’étanchéité et de procédures de collision lors du soudage par friction-malaxage.

Un outil durable assure une productivité élevée

Au cours du développement, la durée de vie de l’outillage pour le soudage par friction-malaxage s’est avérée être un défi particulier. L’amélioration constante de l’épaulement et de la broche sur le robot grâce à l’utilisation de nouveaux matériaux et revêtements a permis de prolonger considérablement la durée de vie de l’outil. « Cela a permis de doubler la productivité pour le client. En constituant des stocks supplémentaires, nous pouvons, si nécessaire, assurer un approvisionnement supplémentaire en quelques jours », explique Patxi Blanco.

Le KR FORTEC 500 R2830 MT soude la plaque d’assise au cadre.

Électromobilité - le thème de l’avenir

Grâce à ce projet à long terme, un bon partenariat s’est établi entre KUKA et le sous-traitant automobile et des discussions sont toujours en cours pour de nouvelles plates-formes de batteries. KUKA fournit ainsi non seulement l’installation et l’ingénierie, mais également le savoir-faire nécessaire en matière de processus pour soutenir activement les nouveaux développements. Car une chose est sûre : la demande de voitures électriques et, par conséquent, d’un support pour la batterie va continuer à augmenter à l’avenir. Les experts estiment qu’en 2032 déjà, le nombre de véhicules électriques immatriculés en Allemagne sera pour la première fois supérieur à celui des véhicules à combustion. Notamment en raison des émissions de CO2 ainsi évitées. Le besoin de boîtiers de batterie non seulement légers, mais aussi résistants, augmente donc.

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