Pièces d'un mouvement d'horlogerie, imprimées et résistantes à l'usure

• Ce qui était nécessaire : Composants pour un mouvement mécanique
• Procédé de fabrication : Extrusion de filaments (FDM)
• Exigences : haute résistance à l'abrasion, bonnes caractéristiques mécaniques, précision des détails
• Matériau : iglidur i150
• Secteur : modélisme
• Succès grâce à la collaboration : meilleure résistance à l'usure, durée de vie nettement plus longue des composants, marche plus régulière de l'échappement et donc du mouvement dans son ensemble.

L'application en un coup d'œil :
Dans le cadre d'un projet "Jugend Forscht", Kai Schmidt-Brauns a construit un mouvement d'horlogerie entièrement imprimable en 3D et a comparé une courbe de profil d'un échappement d'un mouvement d'horlogerie mécanique calculée mathématiquement avec une courbe de profil déterminée empiriquement. Pour tester les courbes de profil respectives, il a imprimé un mouvement mécanique basé sur son modèle mathématique. En plus des essais avec des composants en PLA traditionnel, l'étudiant de Wolfsburg a testé les différentes courbes de profil avec des composants en tribofilament iglidur i150. Il a confirmé que l'échappement était plus performant avec le matériau igus. Des pièces particulièrement exposées aux contraintes mécaniques ont pu atteindre une durée de vie nettement plus longue et une marche plus régulière que les pièces en PLA traditionnel, grâce au filament optimisé sur le plan tribologique.

Pour qu'un mouvement mécanique fonctionne avec précision, la géométrie de tous les composants du mécanisme doit être déterminée avec exactitude et le frottement entre les pièces mobiles doit être réduit au minimum. L'objectif du projet de Kai Schmidt-Brauns était de concevoir un mécanisme d'échappement pour le mouvement imprimable en 3D et de déterminer ensuite sa géométrie à l'aide d'un modèle mathématique. Bien que le modèle mathématique ait permis d'obtenir une marche plus régulière du mouvement, la question s'est posée de trouver d'autres moyens de rendre le mouvement encore plus précis. Lors des essais avec des composants imprimés en 3D à partir de PLA traditionnel, les pièces fortement sollicitées, telles que le cliquet (composé d'une roue à rochet et d'une couronne de cliquet) dans le remontoir, n'ont pas eu une durée de vie très longue.

Après les essais avec le mouvement en PLA traditionnel, Kai Schmidt-Brauns a remplacé les composants critiques par des exemplaires imprimés à partir du tribofilament iglidur i150 d'igus. La comparaison a permis de constater que le frottement de glissement et d'adhérence entre les composants en iglidur i150 était nettement réduit. De plus, grâce à la grande résistance à l'usure du matériau igus, la durée de vie du cliquet a pu être augmentée et une marche plus régulière de l'échappement a été constatée.

Jugend Forscht est un concours allemand destiné aux jeunes chercheurs âgés de 4 ans à 21 ans. Les participants peuvent traiter et soumettre des problèmes qu'ils ont eux-mêmes choisis dans les domaines des mathématiques, de l'informatique et des sciences naturelles. Dans le cadre de ce concours, Kai Schmidt-Brauns de Wolfsburg a d'abord établi un modèle mathématique pour déterminer la géométrie exacte des composants d'un mécanisme d'échappement imprimable en 3D. Il s'agissait en particulier de la courbe de profil de la roue profilée, qu'il a pu calculer à partir de paramètres bien définis. L'échappement d'une montre est la partie qui détermine la précision de la montre. Le mécanisme de l'échappement "bloque" les rouages à intervalles réguliers, par exemple à l'aide d'une ancre, et fait en sorte qu'une minute de l'horloge corresponde à une minute et ne dure pas tantôt 61 secondes, tantôt 55 secondes. Dans l'étape suivante du projet, Kai Schmidt-Brauns a comparé la courbe de profil calculée avec une courbe de profil déterminée empiriquement. Il a alors constaté que le mouvement de l'horloge avec la courbe de profil calculée avait une marche plus régulière que la courbe de profil déterminée empiriquement.

Outre la comparaison de la formule mathématique et de la courbe de profil déterminée empiriquement, Kai Schmidt-Brauns a testé les inhibiteurs avec différents matériaux. Son choix s'est porté sur le tribofilament iglidur i150. Avec une température de lit de 40 °C, une vitesse d'impression de 30 mm/s pour une hauteur de couche de 0,1 mm et une température d'extrusion de 250 °C, l'étudiant a obtenu les meilleurs résultats avec le filament d'igus. Par rapport au PLA traditionnel, il a également pu constater une marche nettement plus régulière de l'inhibition lors d'un passage de test. Outre les résultats obtenus au niveau de l'échappement, le filament optimisé sur le plan tribologique a permis d'améliorer les pièces fortement sollicitées grâce à sa résistance à l'usure. La couronne du cliquet (voir photo), qui se trouve dans le remontoir du mouvement, a dû être remplacée beaucoup plus souvent avec le PLA traditionnel qu'avec l'iglidur i150. De plus, en effectuant des essais avec un ressort spiral imprimé en iglidur i150, il a pu constater une meilleure ténacité et une meilleure flexibilité par rapport à celui en PLA traditionnel.

Outre l'iglidur i150, igus propose de nombreux autres filaments optimisés sur le plan tribologique pour l'impression 3D. Ils ont tous en commun d'être destinés à des applications de glissement en raison de leur grande résistance à l'abrasion. Comme les filaments PLA et PETG, l'iglidur i150 peut être mis en œuvre très facilement. Lors du test d'usure réalisé par le laboratoire d'essai d'igus, les tribofilaments d'igus ont obtenu des résultats jusqu'à 50 fois supérieurs à ceux des matières plastiques traditionnelles comme le PLA et l'ABS (voir photo). En outre, il est conforme à la réglementation européenne 10/2011 sur les produits alimentaires et convient donc aux applications correspondantes dans l'industrie alimentaire et de l'emballage. Grâce à sa facilité de traitement, ce filament polyvalent est particulièrement adapté aux débutants en impression. Le service d'impression 3D est également disponible à tout moment avec un délai de livraison de 1 à 3 jours si l'aide de professionnels est nécessaire.