Des vélos électriques silencieux avec les pignons imprimés

• Solution requise : pignon en polymère
• Mode de fabrication : frittage sélectif par laser
• Exigences : grande résistance à l'usure, bonnes caractéristiques de glissement, longue durée de vie
• Matériau : iglidur I3
• Secteur : vélos
• Bénéfice de la coopération : configuration rapide de la pièce dans l’outil en ligne pour l’impression 3D,, niveau sonore en fonctionnement moins élevé qu'avec du métal

Brève présentation de l'application :
les vélos électriques sont de plus en plus légers et silencieux. Le bruit du moteur est à peine perceptible quand on roule. Des progrès qui ne satisfont as pour autant une personne aussi ingénieuse que Lars Hartmann de Reichshof. Le bruit de fond de la chaîne, qu'il jugeait excessif, le gênait. Un pignon métallique y servait de renvoi pour la chaîne afin que celle-ci n'entre pas en collision avec le cadre. Mais son fonctionnement était extrêmement bruyant. A la recherche d'un remède au problème, il s'est souvenu de l'offre de la société igus, dont il avait eu connaissance sur un salon : le service d’impression 3D avec lequel des pièces sur mesure peuvent être imprimées à un coût abordable.
 

Le pignon imprimé en polymère iglidur I3 à l'œuvre

Problème

Le pignon standard en métal du vélo électrique générait beaucoup de bruit. Un pignon métallique y servait de renvoi pour la chaîne afin que celle-ci n'entre pas en collision avec le cadre. Mais les bruits de frottement donnaient l'impression d'être sur un tracteur plutôt que sur un vélo électrique.

Lars Hartmann s'est donc mis à la recherche d'un matériau qui ait les mêmes propriétés de fonctionnement que le pignon métallique tout en étant nettement moins bruyant. Le matériau devait aussi avoir de bonnes caractéristiques de glissement, une longue durée de vie et une grande résistance à l'usure en interaction avec du métal.

Solution

Dans le cadre de son travail pour la société VMA Getzmann GmbH, un fabricant d'agitateurs, de disperseurs et de systèmes de broyage fin, Lars Hartmann avait déjà testé des pièces de machines fabriquées avec le service d'impression 3D igus. Les résultats avaient été tellement bons qu'il songea aussitôt à des pièces imprimées pour son vélo électrique.

Pour ce bricoleur invétéré, la solution parfaite : « Le pignon standard en métal générait beaucoup de bruit. Nous l'avons reproduit et fait imprimer en iglidur I3 par igus. De l'idée à la pièce, tout a été simple et s'est passé très vite. Nous avons fait appel au service impression 3D pour charger les données nécessaires, nous avons choisi le matériau et commandé la quantité requise. » Le pignon est utilisé sur deux vélos depuis plusieurs mois. Le bruit de fond est considérablement réduit et Lars Hartmann s'en réjouit.

A gauche : roue dentée en POM, défaillante au bout de 621.000 cycles
A droite : roue dentée en iglidur® I6, faible usure à un million de cycles

Une résistance à l'usure et une robustesse optimales

Le matériau utilisé, de l'iglidur  I3, convient aussi bien aux applications industrielles qu'aux petites séries. Il séduit par sa bonne résistance à l'usure et sa robustesse et est mis en œuvre par frittage sélectif par laser (FSL).

Pour les exigences très élevées en matière de résistance à l'usure et pour une longue durée de vie, igus a aussi mis au point la matériau iglidur I6. Ce polymère hautes performances bat dans les tests des roues dentées fraisées en matériaux courants comme le POM et le PBT. Le test a porté sur une roue hélicoïdale avec un couple de 5 Nm et un régime de 12 tr/min. La roue dentée en matériau FSL iglidur I6 ne présentait qu'une légère usure après un million de cycles (essai de rupture) et était en parfait état de marche. Elle s'est donc clairement imposée face aux roues dentées fraisées puisque les roues dentées en POM étaient totalement usées au bout de 621.000 cycles et que celles en PBT avaient cassé au bout de 155.000 cycles. Une roue dentée en matériau FSL PA12 a aussi été testée. Elle s'est toutefois arrêtée au bout de 521 cycles seulement en raison du frottement élevé.

La configuration, un jeu d'enfant

Les ingénieurs ont aussi à leur disposition le configurateur de roues dentées igus. Celui-ci permet de configurer des roues dentées ou des pignons de taille standard ou pas. Il suffit à l’utilisateur d’indiquer en quelques étapes seulement les données de sa roue dentée, à savoir le module de denture, le nombre de dents, la largeur et le diamètre intérieur. Un modèle 3D s’affiche alors automatiquement et peut être exporté en fichier STEP. Le chargement de ce fichier dans le service impression 3D igus permet de commander directement la roue dentée configurée en iglidur I6, un matériau FSL à très longue durée de vie dédié aux roues dentées. Un clic suffit à l’utilisateur pour commander sa roue dentée à partir de l’unité ou pour demander une offre. La pièce sur mesure est prête à expédier en l’espace de trois jours seulement.

 

Configuration simple de roues dentées avec le configurateur de roues dentées igus