Tech Up, Cost Down - L'impression 3D et le moulage par injection permettent de réduire les coûts unitaires et d'augmenter la durée de vie des paliers lisses

• Ce qui était nécessaire : Palier lisse avec géométrie particulière
• Procédé de fabrication : frittage sélectif au laser & Moulage par injection
• Exigences : bonnes propriétés de glissement avec le partenaire de contre-rotation en aluminium, haute résistance à l'abrasion à des vitesses élevées, géométrie complexe.
• Matériau : iglidur i3 (SLS) & iglidur J2
• Branche : installations de tri des déchets
• Succès grâce à la collaboration : longue durée de vie en cas de forte sollicitation, coûts unitaires nettement réduits, grande liberté de conception.

L'application en un coup d'œil :
L'entreprise finlandaise ZenRobotics fabrique des installations de tri des déchets industrielles pilotées par IA, qui assurent dans le monde entier un tri des déchets automatique, de haute qualité, rapide et sûr. Selon l'environnement, les conditions sont très rudes pour les installations - la poussière et d'autres surprises intéressantes dans les déchets sont à l'ordre du jour. Malgré ces circonstances, les installations doivent pouvoir trier les déchets rapidement et de manière fiable. Pour la nouvelle installation "FastPicker", on cherchait des paliers lisses capables de résister aux forces de torsion élevées qui apparaissent lors de l'accélération axiale. Les concepteurs ont opté pour des paliers lisses imprimés en 3D qui sont montés sur des axes en aluminium avec un profil rainuré afin d'éviter toute rotation. Les paliers lisses résistent à des vitesses linéaires de 3 m/s avec des accélérations radiales et axiales. Grâce à la grande liberté de conception offerte par l'impression 3D, il a été possible d'adapter la géométrie des paliers lisses à l'axe en aluminium rainuré. L'étape suivante a consisté à fabriquer un outil de moulage par injection afin de pouvoir utiliser la diversité des matériaux du moulage par injection.

Lors de la phase de test d'une nouvelle installation pour le tri des déchets "FastPicker" de l'entreprise ZenRobotics en Finlande, il est vite apparu que les paliers lisses classiques ne pouvaient pas résister aux forces de rotation lors d'une accélération axiale si le centre de masse ne se trouvait pas au centre de l'axe en mouvement. Au début, la rotation devait être stoppée par des éléments d'arrêt. Mais ceux-ci sont rapidement tombés en panne en raison de la forte charge. Outre les éléments d'arrêt, des paliers lisses standard de la gamme igus ont d'abord été utilisés pour résister à l'accélération radiale et axiale.

Ce sont finalement des paliers lisses igus avec une géométrie spéciale qui ont été utilisés. Ceux-ci ont d'abord été fabriqués en matière plastique haute performance iglidur i3 par procédé SLS, afin de s'adapter à l'axe en aluminium rainuré et d'arrêter ainsi la rotation. Ensuite, un outil de moulage par injection a été fabriqué en fonction de la géométrie particulière afin de pouvoir utiliser la diversité des matériaux du procédé de moulage par injection. Une réduction des coûts allant jusqu'à 80% peut ainsi être obtenue.

L'impression 3D et le moulage par injection se distinguent souvent par leur rentabilité : l'impression 3D est souvent rentable à partir d'un petit nombre de pièces. La fabrication de composants à l'aide d'un moule d'injection fabriqué mécaniquement n'est rentable, en termes de prix, qu'à partir d'un nombre de pièces supérieur à 10 000. C'est justement l'impression 3D qui peut convaincre dans la phase de test des applications grâce à sa grande vitesse de fabrication et à sa disponibilité immédiate. Selon la pièce, celle-ci est prête à être expédiée en 1 à 3 jours et peut être commandée facilement auprès du service d'impression 3D en ligne. ZenRobotics a également utilisé des paliers lisses imprimés en 3D pour un premier prototype d'axe en aluminium à profil rainuré. Par la suite, l'entreprise a décidé de produire les composants en plus grande quantité par moulage par injection. La diversité des matériaux et les faibles coûts unitaires associés au moulage par injection ont été décisifs. Les paliers lisses finaux ont été fabriqués en iglidur J2. Dans ce cas, la pièce moulée par injection coûtait environ 5€/pièce, soit un dixième de la pièce SLS (environ 49€/pièce) et à partir de 100 pièces, l'outillage était également rentabilisé. Le plastique robuste a de bonnes propriétés mécaniques, est peu coûteux et présente une bonne résistance aux fluides. De plus, les lubrifiants solides intégrés rendent superflue la lubrification externe des paliers lisses.