Du prototype au produit final : des roulements à billes prêts à installer réalisés par impression 3D

• Ce qui était nécessaire : Paliers lisses pour la direction dans le véhicule imprimé en 3D
• Méthode de fabrication : Extrusion de filaments (FDM)
• Exigences : peu de jeu, grande solidité, grande résistance à l'abrasion
• Matériau : iglidur i150
• Secteur : secteur automobile
• Succès grâce à la collaboration : bonne qualité de surface, fabrication plus rapide grâce à l'impression 3D sans outillage, plus de temps pour le développement, peu ou pas de jeu des paliers.

L'application en un coup d'œil :
Dans le cadre de son projet "Chameleon", l'entreprise britannique Scaled 3D a développé un véhicule à quatre roues composé exclusivement de pièces imprimées en 3D. Lors des tests du véhicule, le design de la direction a attiré l'attention de manière négative. Les roulements de direction présentaient un jeu trop important et une usure élevée. Pour que l'application puisse continuer à être entièrement imprimée en 3D, l'entreprise s'est mise à la recherche d'un matériau résistant à l'usure et tenace, mieux adapté aux emplacements des roulements. Après différents tests en petit et grand format avec le tribofilament iglidur i150, l'équipe de développement a finalement conçu un palier lisse en cinq parties qui présentait très peu de jeu et qui, grâce aux propriétés tribologiques du matériau, était nettement plus résistant à l'usure que les paliers en plastique traditionnel. La condition selon laquelle le roulement devait continuer à sortir de l'imprimante 3D a ainsi pu être remplie.

Le système de direction du véhicule imprimé en 3D présentait un jeu trop important et devenait rapidement imprécis. De plus, il risquait de s'user rapidement. Il fallait donc trouver des paliers de direction avec un jeu nettement plus faible, mais qui s'intégreraient dans la forme déjà existante du reste du véhicule. Pour cela, la profondeur des paliers lisses ne devait pas dépasser 20 mm. Le plus bas des deux paliers devait également avoir une bague intérieure divisée pour permettre le montage avec la colonne de direction, qui possède deux jeux de boulons radiaux à chaque extrémité. Les composants devaient également présenter une résistance nettement supérieure à celle des paliers en PLA standard installés précédemment.

Avec le tribofilament iglidur i150-PF optimisé sur le plan tribologique, Scaled 3D a trouvé le matériau parfait pour le projet "Chameleon". Le filament est très facile à mettre en œuvre dans l'imprimante grand format et offre de bonnes propriétés mécaniques en termes de résistance, de ténacité et d'adhérence des couches dans l'application de glissement. En fin de compte, le palier a été transformé en un roulement à billes en cinq parties, qui a d'abord été testé en tant que prototype. Pendant les tests, le jeu dans le roulement était très faible en cas de charge excentrée pendant la rotation. Les tests étaient déjà très significatifs dans la phase de développement, car les pièces finales seraient fabriquées avec le même procédé.

L'objectif principal du projet britannique "Chameleon" était de développer un véhicule entièrement produit par une imprimante 3D. L'idée était de passer d'une production de masse à une production rapide et personnalisée. Parallèlement, la fabrication additive sans outillage devait permettre l'utilisation de matériaux recyclés. Selon Scaled 3D, il devrait être possible à l'avenir d'utiliser des matériaux 100% recyclés pour les véhicules et les structures imprimés en 3D. Jusqu'à présent, l'équipe Chameleon a réussi à travailler avec 30% de matériaux recyclés dans le premier prototype de 2020. L'aspect de la vitesse des pièces imprimées en 3D est particulièrement bénéfique pour ce projet : avec un maximum de 83 minutes d'impression pour une grande pièce de 1,375 kg, ces pièces ont pu être dessinées, imprimées et testées le même jour. Cette énorme vitesse, comparée aux procédés utilisant des outils tels que le fraisage ou le moulage par injection, a eu une influence très positive sur la liberté de développement du véhicule, facilitée par la liberté de conception dans la géométrie des pièces.

Afin d'avoir un aperçu des propriétés tribologiques du tribofilament iglidur i150, l'entreprise a d'abord testé les composants en petit format. Des cylindres imbriqués ont d'abord été imprimés, dont la surface non traitée présentait déjà une très bonne qualité par rapport à d'autres matériaux. Ensuite, des pièces ont été imprimées en grand format, qui ont fini par convaincre par leur bonne qualité de surface. Le roulement à billes à remplacer a ensuite été réimprimé avec l'iglidur i150. Les bagues de roulement I150 et la cage du roulement à billes se sont révélées être des partenaires de roulement très appropriés pour un fonctionnement à faible frottement. Au final, on a obtenu un roulement à billes en cinq parties.

Lors des tests des roulements à billes en iglidur i150, le jeu dans le roulement était très faible en cas de charge excentrée pendant la rotation. Un système de roulement double a alors été développé pour s'adapter au système de direction Chameleon. Selon Scaled 3D, la qualité d'impression des roulements en iglidur i150 est comparable à celle de l'ASA et nettement supérieure à celle du PLA traditionnel. Malgré une épaisseur de couche de 1 mm, l'état de surface était très bon. Outre la bonne qualité des composants, l'entreprise est également convaincue de la facilité de montage des pièces. Le tribofilament convient aussi bien aux petites applications qu'aux projets avec une imprimante grand format. Il possède de bonnes propriétés mécaniques et convient donc à la plupart des applications et des imprimantes 3D. En outre, l'iglidur i150 est conforme aux normes alimentaires selon le règlement européen 10/2011 et convient en outre aux applications dans l'industrie alimentaire et de l'emballage.