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

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1 Source: PORSCHE Gérard LIRAUT Guillaume GAZONNET RENAULT Expert Leader Polymères, Caractérisation et Process de Transformation RENAULT Expert Process Injection 1

2 SOMMAIRE 01 Composite Materials : Why? 02 Composite Materials : Where do we stand today? Difficulties - Opportunities 03 Outlooks : where and what? 04 FASTLITE : the french answer (who and how) 05 Conclusions 2

3 01 Composite Materials : WHY? 3

4 Worldwide convergence of CO2 objectives g of CO 2 /km g g 154g CAFE Europe 145g 130g US Government initiative 154g Chinese Government statement 107g 105g 95g 2020 target 90g

5 Main paths for automotive CO2 reduction Volume / Architecture Mix product / market More efficient power train 10% fuel consumption - 13g CO2 Global Environmental impact Aérodynamics SCx 5dm2 saving ~2g de CO 2 Vehicle weight -110kg (1CI) saving ~10g de CO 2 Road resistance - 10% saving ~2g de CO 2 Weight saving: Target 2015 > -110 kg 2017/18 > kg 5

6 Vehicle weight : 6

7 2020 objective : Attractives cars with emissions less than 95g CO2/km EV EV 7

8 CONSOMMATION ANNUELLE 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: weight = e..s S e 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 European Aluminum consumption Evolution Polymer Matrix COMPOSITES: - Glass, carbon and natural fiber reinforcers - Thermoplastic and thermoset plastics DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES 8

9 2020 MATERIAL TREND HIGH and VERY HIGH STRENGTH COMPLEXE STEELS Weight saving potential : ~ 50/70 kg Use all the potential of steel technology material cost = reference = less than 1 /kg ALUMINUM ALLOYS Weight saving potential : Material cost increased + Investment impact ~ 150 kg Use more aluminium, specially on BIW (powertrain is already in aluminium) POLYMERS / COMPOSITES ~ 200 kg Weight saving potential : Material cost = x 2 to 10 /ref + Investment impact Study like alternative to aluminium and start to use composites for structural parts 9

10 02 Composite Materials : Where do we stand today? Difficulties - Opportunities Source: BMW 10

11 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 >> 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? 11

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16 A little look down the timeline : Many projects showing high weight-reduction potential but few have actually been transferred to large volume production 16

17 Except for Exterior Parts (bumpers, tailgates, fenders, ) 17

18 RENAULT composite parts feed back PARTS BOUCLIER RENAULT 5 ARBRE DE TRANSMISSION ESPACE ET R21 QUADRA LAME RESSORT ARRIERE X70 HAYONS J81/ 73 + AILES 73 FACE AVANT TECHNIQUE BAC DE ROUE DE SECOURS ET PLANCHER DE COFFRE 84 CAPOT MEGANE R26R FAUX PLANCHER JR95 PROCESS SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de résine polyester insaturé Enroulement filamentaire Résine époxyde + fibre de verre/kevlar SMC -Compression RUP (Preimpregné renfort unidirectionnel) Pre-preg epoxy glass Long Fiber (50/50 vol). SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de résine polyester insaturé Injection ou injection compression Hybride tôle acier surmoulée PA ou PP + fibres de verre longues Ou PA 66 + fibres de verre longues SMC Pré-imprégné : renfort sous forme de mat de fibres de verre, imprégné de résine polyester insaturé Infusion Résine époxyde + tissu de fibres de carbone Injection PP recyclé + fibres de verre longues 18

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27 Design, Simulation, 3D - Model 27

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29 Automotive composites: EU R&D networks France Germany Laval Douai St Avold Nantes Oyonnax Dresden Aachen Kaiserslautern Erlangen Bayreuth Some competency clusters Mainly focused, academic research on partial issues JEC, World s largest Composites promotion organization, is based in France SFIP Pfinztal Strong, coordinated industrial & applications-oriented research 29 Stuttgart München

30 03 Outlooks : where and what 30

31 Composites : where and what? already Why not? Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite Metal Thermoplastic Composite No, thank you Metal Thermoplastic Composite 31

32 04 FASTLITE : the French answer (who and how) 32

33 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 11G 3,4G 3G 2,4G 3G 4,5G 3,6G 1,5G 1,1 G Centres d excellence Valorisation de la recherche Financement des entreprises Santé Biotech. Transports Numérique Énergie Urbanisme logement Emploi, égalité des chances Initiatives d excellence Laboratoires et Équipements d excellence 2 G Sociétés de valorisation Instituts Carnot Instituts de Recherche Technologiques Pôles de compétitivité. Financement de l innovation Fonds d amorçage Prêts Verts Relocalisation Compétitive d activité Instituts Hospitalo Universitaires Financement de Cohortes Biotechnologies Agronomie.. Automobile Transport terrestre Transport maritime Aéronautique Espace Réseaux THD usages et contenus innovants 750 M Nucléaire 4ème génération Énergies Renouvelables décarbonées Traitement des déchets Chimie verte Ville durable Rénovation thermique Formation professionnelle en alternance Économie Sociale et solidaire Internats d excellence Culture scientifique 33 33

34 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) 34

35 FAST LITE : Une démarche Définir le périmètre Choix des matériaux Sous-ensembles ou Pièces Comprendre - Analyser Appréhension des modes de comportement en fonction des prestations souhaitées Modéliser Développer de nouveaux modèles permettant de représenter le comportement des structures Composites Déployer Outil d aide à la conception Intégrer Intégration des modèles dans les outils de simulation Numérique 35

36 FAST LITE : Des partenaires 36

37 FAST LITE : Le programme 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 37

38 Contrôle Assemblage Un programme en 6 modules technologiques complémentaires : Architecture Ligne Pilote Grande Cadence Module Textile Module Injection RTM Préparation Roving fibres Découpe Robotisée Assemblage de préformes par couture Développement Outillage Autonome Injection RTM TP Réactif Injection RTM TP Fluide Tressage avec Robot Module Module TD photo-réticulable Projection Préparation Fibres coupées Mélange Polymere Fibres Projection Pistolet Tissage 3D simple Tissage 3D complexe Extrusion + Putrusion Découpe discrétisée Module Nappage - Pavage - Estampage Nappage multi axial Robot Assemblage Préforme Poste Transfert Outillage sous presse Chauffage Induction Thermo Compression Injection Surmoulage 38

39 Contrôle IRT JV avec CETIM Assemblage Des IRTs complémentaires pour traiter les modules technologiques Architecture Ligne Pilote Grande Cadence Module Textile IRT JV avec CETIM Préparation Roving fibres Assemblage de préformes par couture Module Injection RTM IRT M2P avec PPE (injection) + CEMCAT (préformes)+ ARKEMA (résine) Découpe Robotisée Développement Outillage Autonome IRT JV avec CETIM (préformes) + CEMCAT (injection) + RHODIA (résine) Injection RTM TP Réactif Injection RTM TP Fluide Tressage avec Robot IRT JV avec CETIM + CEMCAT Module Projection Préparation Fibres coupées Mélange Polymere Fibres Projection Pistolet Tissage 3D simple Tissage 3D complexe Extrusion + Putrusion Découpe discrétisée Module Nappage - Pavage - Estampage Nappage multi axial Robot Assemblage Préforme IRT JV avec CETIM + RHODIA Poste Transfert Outillage sous presse Chauffage Induction Thermo Compression Injection Surmoulage ARKEMA+ MADER Module TD photo-réticulable 39

40 04 CONCLUSIONS 40

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42 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! 42

43 Thank you for your attention!! 43