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RENAULT Gérard LIRAUT – Guillaume GAZONNET 10 Octobre 2013 1

Gérard LIRAUT – Guillaume GAZONNET RENAULT – Expert Leader Polymères, Caractérisation et Process de Transformation RENAULT – Expert Process Injection

Source: PORSCHE


SOMMAIRE

01 Composite Materials : Why ?

02 Composite Materials : Where do we stand today ?

Difficulties - Opportunities

04 FASTLITE : the french answer (who and how)

Conclusions 05

03 Outlooks : where and what ?


Composite Materials : WHY ? 01


US Government

initiative

154g

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022

130g

95g

CAFE Europe

194g

154g

200g

105g

145g Chinese Government

statement

g of CO2/km

107g

Worldwide convergence of CO2 objectives

2020 target 90g


Volume / Architecture

More efficient power train 10% fuel consumption

- 13g CO2

Vehicle weight -110kg (1CI)

saving ~10g de CO2

Road resistance - 10%

saving ~2g de CO2

Aérodynamics SCx 5dm2

saving ~2g de CO2

Mix product / market

Target Weight saving: 2015 > -110 kg 2017/18 > - 220 kg

Main paths for automotive CO2 reduction

Global Environmental

impact


Vehicle weight :


2020 objective : Attractives cars with emissions less than 95g CO2/km

EV EV


MATERIALS TENDANCE FOR AUTOMOTIVE WEIGHT SAVING

3 TECHNICAL PATH TO REDUCE WEIGHT: part thickness (e) ↗ mechanical properties material density () material changing surface size (S) redesign parts, architecture changing

MATERIAL SOLUTIONS: 1 - HIGH and VERY HIGH STRENGTH COMPLEXE STEELS

Increasing of mechanical properties = thickness reduction = weight saving

2a - ALUMINUM ALLOYS:

STAMPED SHEET (BIW) CASTING (Cylinder Block, Chassis), FORGED (wheels)

2b - MAGNESIUM: Fundary

3 - Polymer Matrix COMPOSITES: - Glass, carbon and natural fiber reinforcers - Thermoplastic and thermoset plastics

DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES

200220062009

200220062009

CO

NS

OM

MA

TIO

N A

NN

UE

LLE

European Aluminum consumption Evolution

e

S

ee

S

weight = e..S


2020 MATERIAL TREND

Use all the potential of steel technology

HIGH and VERY HIGH STRENGTH COMPLEXE STEELS

Weight saving potential :

material cost = reference = less than 1€/kg

~ 50/70 kg

Use more aluminium, specially on BIW

(powertrain is already in aluminium)

ALUMINUM ALLOYS


Material cost increased + Investment impact

~ 150 kg

Study like alternative to aluminium and start to use

composites for structural parts

POLYMERS / COMPOSITES


Material cost = x 2 to 10 /ref + Investment impact

~ 200 kg


Composite Materials : Where do we stand today ?

Difficulties - Opportunities 02

Source: BMW


8 years ago…

CFRP is used predominantly in cars with an outspoken performance orientation

High-performance GTs and supercars

Substitution parts and after-sales market

Performance, as well as safety are primary goals of the applications

CFRP BIWs are currently used in cars with a price >> 200.000 €

Most applications of CFRP in structural parts in very low volumes (<<2,000/a)

Current production volumes limited by process technologies and costs

No supplier is geared to deliver for typical automotive series (>30,000/a)

Where do we stand today?

... and are there any new conclusions?


A little look down the timeline : Many projects showing high weight-reduction potential…

… but few have actually been transferred to large volume production


Except for Exterior Parts (bumpers, tailgates, fenders,…)


RENAULT composite parts feed back

PARTS PROCESS

BOUCLIER RENAULT 5 SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de

résine polyester insaturé

ARBRE DE TRANSMISSION ESPACE ET R21 QUADRA

Enroulement filamentaire Résine époxyde + fibre de verre/Kevlar

LAME RESSORT ARRIERE X70 SMC -Compression RUP (Preimpregné renfort unidirectionnel)

Pre-preg epoxy glass Long Fiber (50/50 vol).

HAYONS J81/ 73 + AILES 73 SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de résine

polyester insaturé

FACE AVANT TECHNIQUE Injection ou injection compression Hybride tôle acier surmoulée PA ou PP + fibres de verre longues

Ou PA 66 + fibres de verre longues

BAC DE ROUE DE SECOURS ET PLANCHER DE COFFRE 84

SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de résine

polyester insaturé

CAPOT MEGANE R26R Infusion Résine époxyde + tissu de fibres de carbone

FAUX PLANCHER JR95 Injection PP recyclé + fibres de verre longues


11


Design, Simulation, 3D - Model


Automotive composites: EU R&D networks

France Germany

Douai

Nantes

• Some competency clusters

• Mainly focused, academic research

on partial issues

• JEC, World‘s largest Composites

promotion organization, is based in

France

• SFIP

Erlangen Kaiserslautern

Strong, coordinated industrial &

applications-oriented research

Aachen

Stuttgart Pfinztal

Dresden

München

Bayreuth

Laval

St Avold

Oyonnax


Outlooks : where and what 03


Composites : where and what ? already

Why not ?

No, thank you

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite

Metal

Thermoplastic

Composite


FASTLITE : the French answer (who and how) 04

RENAULT Gérard LIRAUT – Guillaume GAZONNET 10 Octobre 2013 33 33

Centres

d’excellence

Initiatives

d’excellence

Urbanisme

logement

Emploi, égalité

des chances

Numérique

Laboratoires et

Équipements

d’excellence

Instituts

Hospitalo

Universitaires

Santé

Biotech.

Valorisation

de la

recherche

Sociétés

de valorisation

Instituts

Carnot

Instituts de

Recherche

Technologiques

Pôles

de compétitivité.

Financement

des

entreprises

Financement

de l’innovation

Fonds

d’amorçage

Prêts Verts

Énergie

Nucléaire

4ème

génération

Traitement

des déchets

Énergies

Renouvelables

décarbonées

Ville

durable

Rénovation

thermique

Formation

professionnelle

en alternance

Économie

Sociale et

solidaire

Internats

d’excellence

Culture

scientifique

Réseaux

THD

usages

et contenus

innovants

Financement

de Cohortes

Biotechnologies

Agronomie

…..

Chimie verte

Relocalisation

Compétitive

d’activité

Transport

maritime

Transports

Automobile

Transport

terrestre

Aéronautique

Espace

Les Investissements d’Avenir

35 milliards d’euros sur 5 axes prioritaires : • Enseignement supérieur et formation : 11 Md€

• Recherche : 7,9 Md€

• Filières industrielles et PME : 6,5 Md€

• Développement durable : 5,1 Md€

• Numérique : 4,5 Md€

2 G€

11G € 3,4G€ 3G€ 2,4G€ 3G€ 4,5G€ 3,6G€ 1,5G€ 1,1 G€

750 M€

http://www.gouvernement.fr/gouvernement/des-investissements-d-avenir-pour-construire-la-france-de-demain-0


FAST LITE : CONTEXTE Un programme pour fédérer des projets sur les attentes « automobile »

Objectifs PIA : Création d’emplois et de valeurs en France

Objectifs commun Renault et PSA (contexte CO2 partagé) : Un axe fort sur

l’allègement

Développer les filières complètes matériaux allégés pour l’automobile avec des

business plan pour chaque partenaire de la filière

Développer les outils de modélisation avec des business plan pour les éditeurs de

logiciels

Développer la maîtrise des assemblages

Principes

Pour les filières, la mise en place de partenariats transversaux multi-compétences

De la matière au concepteur (équipementier et constructeur)


Déployer

Outil d’aide à la conception

Comprendre - Analyser

Appréhension des modes de

comportement en fonction des

prestations souhaitées

Définir le périmètre

Choix des matériaux

Sous-ensembles ou Pièces

Modéliser

Développer de nouveaux

modèles permettant de

représenter le comportement

des structures Composites

Intégrer

Intégration des modèles dans

les outils de simulation Numérique

FAST LITE : Une démarche


FAST LITE : Des partenaires

http://www.seeklogo.com/images/B/Bollhoff-logo-76E3D2C92B-seeklogo.com.gif

http://www.google.fr/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fr/b/b8/Faurecia.jpg&imgrefurl=http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Faurecia.jpg&h=276&w=994&sz=14&tbnid=Q27bLNvAW0EZwM:&tbnh=41&tbnw=149&prev=/search%3Fq%3Dlogo%2Bfaurecia%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=logo+faurecia&hl=fr&usg=__0iLQlzT6DPU-JQ6NnIZ3bmWq67w=&sa=X&ei=gvFET5usEojn-gaa8vGYAg&ved=0CCAQ9QEwAg


Un programme avec 4 technologies matériaux Composites :

Composites TP estampables

Composites TP voie RTM semi-réactif

Composites TP voie RTM fluide

Composites TD photo-réticulables

FAST LITE : Le programme


Un programme en 6 modules technologiques complémentaires :

Chauffage

InductionRobot

Assemblage

Préforme

Poste

Transfert

Outillage sous

presse

Injection

SurmoulageTissage 3D complexe

Thermo

Compression

Assemblage de préformes par

couture

Développement Outillage

Autonome

Injection RTM TP Réactif

Injection RTM TP Fluide

Tressage avec Robot Module ProjectionPréparation Fibres coupées Mélange Polymere Fibres Projection Pistolet

Tissage 3D simpleModule Nappage - Pavage - Estampage

Extrusion +

Putrusion

Découpe

discrétisée

Nappage multi

axial

Architecture Ligne Pilote Grande Cadence

Module Textile Module Injection RTM

Préparation Roving fibresDécoupe

Robotisée

Contr

ôle

Assem

bla

ge

Module TD photo-réticulable


Des IRTs complémentaires pour traiter les modules technologiques

Chauffage

InductionRobot

Assemblage

Préforme

Poste

Transfert

Outillage sous

presse

Injection

SurmoulageTissage 3D complexe

Thermo

Compression

Assemblage de préformes par

couture

Développement Outillage

Autonome

Injection RTM TP Réactif

Injection RTM TP Fluide

Tressage avec Robot Module ProjectionPréparation Fibres coupées Mélange Polymere Fibres Projection Pistolet

Tissage 3D simpleModule Nappage - Pavage - Estampage

Extrusion +

Putrusion

Découpe

discrétisée

Nappage multi

axial

Architecture Ligne Pilote Grande Cadence

Module Textile Module Injection RTM

Préparation Roving fibresDécoupe

Robotisée

Contr

ôle

Assem

bla

ge

Module TD photo-réticulable

IRT JV avec CETIM (préformes) + CEMCAT (injection) + RHODIA (résine)

IRT M2P avec PPE (injection) + CEMCAT (préformes)+ ARKEMA (résine)

IRT JV avec CETIM + RHODIA

IRT

JV

ave

c C

ET

IM

IRT JV avec CETIM + CEMCAT

IRT JV avec CETIM

ARKEMA+ MADER


CONCLUSIONS 04


Let’s go !....

Why : weight….

We know where we are and where we want to go !

What : materials, process…

How : FASTLITE, IRTs,…

With WHO : identified partners

When : NOW !

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Composite_3d.png


Thank you for your attention !!

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