Pièces de rechange imprimées pour véhicules anciens

• Solution requise : vis sans fin de rechange pour le tachymètre d'un véhicule ancien
• Mode de fabrication :  frittage sélectif par laser avec poudre FSL
• Exigences : longue durée de vie, précision, prix intéressant
• Matériau : iglidur I6
• Secteur : automobile
• Bénéfice de la coopération : précision élevée, pas d'abrasion, fabrication rapide et économique, pas de graissage

Brève description de l'application :
Trouver des pièces de rechange pour les véhicules anciens est généralement très difficile, voire impossible. Les propriétaires de véhicules exotiques et de modèles rares connaissent bien ce problème d'approvisionnement en pièces de rechange. Dr. Jörg Pühler, le propriétaire d'une Stanley 750B de 1924, était à la recherche d'une pièce de rechange pour le compteur de distance du tachymètre.
La pièce originale était totalement endommagée du fait de l'usure et du rattrapage effectué par le propriétaire précédent. Le service impression 3D en ligne igus a été en mesure de l'aider : L'arbre requis avec vis sans fin et roue dentée a pu être imprimé à moindres coûts et en peu de temps avec du polymère FSL iglidur I6 résistant à l'usure.
 

Comparaison vis sans fin métallique (ancienne) et vis sans fin en polymère imprimée en iglidur I6 (nouvelle). Source : Dr. Jörg Pühler

Problème

Dans un tachymètre de Stewart-Warner, la  roue dentée placée avec la vis sans fin sur l'arbre d'entrée et attaquant l'arbre intermédiaire n'était plus en état de marche. Le pignon n'était plus en mesure d'entraîner la vis. Le propriétaire précédent avait essayé de rattraper le jeu et il n'était plus possible de mesurer correctement la pièce. La fabrication d'une pièce de rechange a exigé plusieurs essais et un matériau solide, offrant une précision élevée et convenant à un fonctionnement continu.

Solution

Une pièce de rechange fonctionnant parfaitement a pu être fabriquée par le service impression 3D igus avec de l'iglidur I6. La fabrication rapide et économique par frittage laser a permis au propriétaire de la voiture ancienne de tester directement le fonctionnement de plusieurs variantes de la construction. Le polymère hautes performances à lubrifiants solides incorporés qui a été utilisé rend tout graissage de la pièce superflu. Aucune usure n'a pu être détectée même après 2000 miles parcourus. 

Pourquoi la roue dentée du tachymètre était-elle usée ?

Le tachymètre d'une Stanley 750B de 1924 ne fonctionnait plus, le compteur de distance était défectueux. Le propriétaire a pu identifier la cause du problème, la roue dentée se trouvant sur le premier arbre intermédiaire et qui s'enclenche dans la vis sans fin sur l'arbre d'entrée. Le pignon ne pouvait plus entraîner la vis en raison de son usure.
 
Le problème était causé par le compteur journalier à trois chiffres. Les disques des chiffres avaient un jeu axial d'environ 0,2 mm et aucun système à ressort ne les rapprochait les uns des autres. Une petite roue dentée de transmission tombait parfois entre les disques et bloquait le compteur. Le jeu axial a pu être éliminé en plaçant sur le côté un disque en laiton légèrement cintré d'une épaisseur de 0,1 mm. Le blocage a disparu.

Pas moyen de trouver dans le commerce une pièce de rechange pour le tachymètre de Stewart-Warner, Chicago, type M-9. Source : Dr. Jörg Pühler

Plusieurs tentatives pour avoir une pièce de rechange qui fonctionne

La cause du dysfonctionnement maintenant éliminée, il a été possible de s'attaquer à la fabrication d'une pièce de rechange. Jörg Pühler est parvenu à générer, à l'aide du logiciel FreeCAD, un fichier CAO avec un modèle 3D de la pièce requise. La première commande auprès du service impression 3D igus s'est faite sans le moindre problème et la pièce de rechange a été expédiée en quelques jours seulement. 
 
Le matériau était robuste et les détails les plus infimes reproduits à la perfection. L'arbre s'et logé d'office dans les paliers et la vis sans fin pour la sortie avait la précision requise. Force fut cependant de constater que l'usure du pignon d'origine était tellement importante que les cotes reconstituées de la roue dentée n'avaient pas une taille suffisante. 

La pièce d'origine était tellement endommagée qu'il n'était plus possible d'en mesurer les cotes correctes. Source : Dr. Jörg Pühler

Test de pièce de rechange imprimée : Va-t-elle tenir en service continu ?

Seul un paramètre a dû être changé dans le modèle CAO avant que la deuxième version soit envoyée pour l'impression. Le deuxième exemplaire fonctionnait déjà assez bien et a tenu en fonctionnement constant sur une courte période. Il avait toutefois tendace à s'arrêter un peu à bas régime, et une troisième version avec un module de dent et un angle adaptés a dû être produite. Le troisième exemplaire fonctionnait à la perfection et avait la bonne attaque.
 
Pouvoir faire des modifications rapidement et sans grandes complications est l'un des grands avantages de la fabrication additive. La rectification du modèle numérique tout comme la commande facile en ligne et la fabrication rapide permettent d'effectuer des corrections rapides et peu coûteuses sur des prototypes et des pièces de rechange.
 
Pour la fabrication de pièces de rechanges imprimées, c'est souvent dans la génération d'un modèle 3D adapté que réside la difficulté. On trouve sur internet de nombreux tutoriels et outils en ligne gratuits pour la génération CAO. Le site web igus contient lui aussi plusieurs configurateurs CAO gratuits pour les utilisateurs sans connaissances préalables, notamment pour les roues dentées, les paliers et les écrous pour vis trapézoïdales. Si vous ne souhaitez pas faire ce travail vous-même, vous pouvez demander une aide pour la conception de pièces de rechange imprimées aux ateliers indépendants et autres initiatives de réparation. 

Banc d'essai : test d'une vis sans fin imprimée en iglidur I6. Source : Dr. Jörg Pühler

Pièces de rechange imprimées d'une qualité étonnante pour véhicules anciens

Après avoir été examiné sous toutes ses faces sur le banc d'essai, l'arbre a pu être monté dans le tachymètre et celui-ci remis en place dans la voiture ancienne. Les lubrifiants solides incorporés au materiau iglidur I6 lui confèrent un grand avantage. Grâce à eux, l'utilisateur n'a pas besoin de graisser les pièces même si elles sont associées à une pièce en métal. 
 
Après plus de 2000 miles parcourus, la vis imprimée fonctionne toujours à la perfection et ne présente pas le moindre signe d'usure. Les petites traces d'usure métallique que l'on distingue sur la photo viennent de la vis d'entraînement et se sont produites au début de l'essai. Elles ne se sont pas modifiées de façon notable depuis.

La vis ne présente pas d'usure, même après 2000 miles. Source : Dr. Jörg Pühler