Améliorer la durée de vie et baisser les coûts : prix unitaire plus bas et durée de vie plus longue des paliers lisses avec l'impression 3D et print2mold

• Solution requise : palier lisse de forme particulière
• Mode de fabrication : frittage sélectif par laser & print2mold
• Exigences : bonnes caractéristiques de glissement en combinaison avec de l'aluminium, résistance à l'usure élevée à grande vitesse, forme complexe
• Matériau : iglidur i3 (FSL) & iglidur J2 (p2m)
• Secteur : équipements de tri des déchets
• Bénéfice de la coopération : longue durée de vie en présence de fortes sollicitations, coût unitaire nettement inférieur, grande liberté au niveau de la conception

 
Brève description de l'application :
La société finlandaise ZenRobotics fabrique des équipements industriels de tri des déchets faisant appel à l'IA. Partout dans le monde, ils garantissent un tri sélectif automatique, de grande qualité, rapide et sûr. Les conditions dans lesquelles les équipements doivent fonctionner peuvent être difficiles en fonction du milieu. Poussière et autres surprises intéressantes dans les déchets font partie du quotidien des installations. Elles doivent malgré tout être en mesure de trier les déchets rapidement et en toute fiabilité. Pour le nouvel équipement « FastPicker », l'entreprise recherchait des paliers lisses qui soient en mesure de résister aux forces de torsion élevées générées par l'accélération axiale. Les ingénieurs ont opté pour des paliers lisses imprimés qui seront placés sur des arbres en aluminium rainurés afin d'éviter toute rotation. Ces paliers lisses peuvent résister à des vitesses linéaires de 3 m/s avec des accélérations radiales et axiales. La grande liberté de conception qu'offre l'impression 3D a permis d'adapter la géométrie des paliers lisses à l'arbre en aluminium rainuré. L'étape suivante a consisté à réaliser un moule d'injection par fabrication additive (outillage rapide) afin de tirer profit de la multitude de matériaux disponibles pour le moulage par injection.
 

Le FastPicker à l'œuvre. Le système de tri des ordures assure le tri automatiquement grâce à une détection basée sur l'IA.

Problème

Lors de la phase de test d'un nouveau système « FastPicker » pour le tri des déchets de la société finlandaise ZenRobotics, il est vite devenu évident que les paliers lisses classiques ne pourraient pas résister aux forces de torsion lors de l'accélération axiale si le centre de gravité n'était pas au centre de l'axe mobile. La rotation devait être arrêtée au début par des butées. Mais celles-ci ne tenaient pas longtemps en raison des fortes sollicitations. En plus des butées, il a d'abord été fait appel à des paliers lisses standard de la gamme igus qui avaient pour fonction de résister aux accélérations radiale et axiale.
 

Solution

Ce sont des paliers lisses igus de forme spéciale qui ont finalement été utilisés. Ils ont d'abord été fabriqué en procédé FSL avec du polymère hautes performances iglidur I3 pour pouvoir être placés sur l'arbre en aluminium rainuré et empêcher ainsi la rotation. L'entreprise s'est ensuite tournée vers l'outillage rapide afin de tirer parti de la grande variété des matériaux disponible pour le moulage par injection. L'outillage rapide tout comme le procédé print2mold permettent aussi une baisse des coûts allant jusqu'à 80 %. Le moule d'injection peut être fabriqué en quelques jours et est immédiatement prêt à l'emploi. Ce procédé a également séduit par la liberté de conception offerte par l'impression 3D, dont a bénéficié la forme spéciale des paliers lisses.

Prototypes et petites séries

L'impression 3D et le procédé print2mold ont un point commun : ils sont rentables dès les petites quantités. La fabrication de pièces avec des moules d'injection usinés à la machine n'est rentable qu'à partir d'une quantité de plus de 10.000 pièces. Dans la phase de tests d'une application, l'impression 3D a vraiment des arguments convaincants : une rapidité de fabrication élevée et un emploi immédiat. Les pièces sont prêtes à expédier en 1 à 3 jours en fonction de leur complexité et peuvent être commandées facilement dans le service impression 3D en ligne. ZenRobotics aussi a utilisé, pour un premier prototype, des paliers lisses imprimés pour l'arbre en aluminium rainuré. L'entreprise a ensuite choisi le procédé print2mold, avec lequel le moule d'injection est réalisé en impression 3D. Le grand choix de matériaux et les faibles coûts unitaires liés au moulage par injection ont fait pencher la balance en faveur de ce procédé. Les paliers lisses définitifs ont été fabriqués en iglidur J2. Dans ce cas précis, la pièce en print2mold est revenue à environ 5€, soit un dixième seulement de la pièce réalisée en procédé FSL (environ 49€ l'unité) et le moule était rentabilisé au bout de 100 pièces.Le polymère robuste a de bonnes caractéristiques mécaniques, il est économique et offre une bonne résistance aux agents chimiques. De plus, les lubrifiants solides intégrés rendent superflue toute lubrification externe des paliers lisses.

La forme spéciale des paliers lisses empêche l'arbre en aluminium rainuré de tourner.

Outillage rapide : igus print2mold

Si les choses doivent aller vite, la fabrication d'un moule d'injection par impression 3D est la solution qu convient. En fonction de la forme du moule, l'impression dure entre 12 et 24 heures et le moule peut être utilisé directement. Le procédé print2mold, qui est un procédé d'outillage rapide, permet ainsi la fabrication économique de prototypes proches de la série et de petites séries. Ce procédé est plus rentable que la fabrication classique de moules d'injection par usinage pour les quantités comprises entre 1 et 10.000 pièces. Des pièces d'usure peuvent ainsi être fabriquées avec un avantage en termes de coût allant jusqu'à 80 %. Et la qualité des pièces moulées par injection par print2mold est la même qu'avec le processus de moulage par injection conventionnel. Le processus de mise au point peut être considérablement accéléré grâce au procédé print2mold sans pour autant renoncer à la grande variété de matériaux disponible pour le moulage par injection normal.
 

Le procédé print2mold de la conception de l'outil jusqu'au moule d'injection prêt à utiliser (vidéo en anglais)