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Polymère résistant à l'usure : composants imprimés dans le laboratoire de tests

Accéder directement aux tests :


Faible usure abrasive grâce aux polymères tribologiques imprimés en 3D

L'usure est un aspect important pour les pièces en mouvement. Les polymères résistants à l'usure comme nos matériaux iglidur apportent la solution en minimisant l'usure et en augmentant la durée de vie des pièces. Grâce à leurs propriétés tribologiques, les matériaux iglidur conviennent à la perfection aux applications exigeant un bon coefficient de frottement et une très faible usure.  
 
Le laboratoire de tests igus a une superficie de 3.800m². Dans ce laboratoire qui est le plus grand du secteur, igus assure la recherche et le développement de nouveaux matériaux pour l'impression 3D pour les applications dynamiquesen procédant à de longues séries de tests. Tous les matériaux y sont soumis à différentes séries de test de leurs propriétés tribologiques afin de minimiser l'usure et d'augmenter l'intervalle entre les entretiens. Ils ont un très faible coefficient de frottement, sont très résistants à l'usure et permettent un service sans graissage et peu exigeant en entretien. Les polymères iglidur ont de très bonnes propriétés tribologiques et augmentent la durée de vie des pièces dont ils sont composés.

Dans notre laboratoire, nous testons constamment les propriétés tribologiques des pièces imprimées en vertu de DIN ISO 7148-2. Les séries de tests s'attachent aux mouvements linéaires, oscillants et rotatifs effectués avec des arbres en différents matériaux. Pour notre filament iglidur® J260-PF, le coefficient de frottement et l'usure étaient bas dans tous les tests tandis que le matériau ABS standard a rapidement échoué en rotation sur l'arbre en inox. Les paliers lisses imprimés à partir de notre filament spécial en iglidur ont présenté une résistance à l'usure similaire à celle de nos pièces en iglidur standard moulées par injection sur tous les essais. Grâce au polymère résistant à l'usure iglidur I3 et à une forme optimisée des dents, nos roues dentées imprimées en 3D ont une durée de vie plus longue que celles réalisées en matériaux standard.
 
 


Test d'usure : course linéaire longue

Test de matériaux pour l'impression 3D : le polymère iglidur® I3 est 33 fois plus résistant à l'usure que le matériau ABS

Tests linéaires (course longue)

Paramètres du test :

  • Pression de surface : 0,11 MPa
  • Vitesse de glissement : 0,34 m/s
  • Course : 370 mm
  • Matériau de l'arbre : aluminium trempé chromé
  • Durée : 3 semaines

Tableau usure en translation

     Y = usure [μm/km]
 
     1. ABS (FDM)
     2. iglidur® I180 (FDM)
     3. iglidur® I3 (SLS)
     4. iglidur® J moulé par injection

Usure due à l'abrasion des douilles après le test

Résultat du test :
Le test sur course longue montre un coefficient d'usure de 15 fois inférieur pour l'iglidur I180 (FDM) et même de 33 fois inférieur pour l'iglidur I3 (FSL). De par leurs excellentes propriétés tribologiques, les matériaux iglidur résistants à l'usure conviennent à la perfection aux applications avec des courses longues comme les portiques X-Y utilisés pour le pick-and-place ou encore les paliers et les rails de guidage utilisés dans l'imprimante 3D.


Test d'usure : course linéaire courte

Les propriétés tribologiques des paliers lisses imprimés sont pratiquement identiques à celles des paliers moulés par injection

Test d'usure : course linéaire courte

Paramètres du test :

  • Pression de surface : 1 MPa
  • Vitesse de glissement : 0,3 m/s
  • Course : 5 mm
  • Matériau de l'arbre : CF53 (barre de gauche) et inox 304L (barre de droite)
  • Durée : 1 semaine

Tableau usure en translation

Y = usure [μm/km]
 
1. ABS (FDM)
2. iglidur® J260 (FDM)
3. iglidur® J260 (FDM)

Test d'usure : course linéaire courte

Résultat du test :
Les paliers lisses en polymère iglidur J260 résistant à l'usure ont de faibles taux d'usure qui sont similaires indépendamment du procédé de fabrication utilisé. Les paliers lisses en iglidur J260 moulés par injection et les paliers imprimés en 3D ont été testés avec la même charge et la même vitesse de glissement.  
De surcroît, ce test montre qu'avec nos matériaux iglidur pour l'impression 3D le coefficient de frottement et l'usure due à l'abrasion sont de beaucoup inférieurs à ceux des matériaux ABS standard, une différence qui s'explique par les propriétés tribologiques.


Test d'usure : oscillation

Une résistance à l'usure jusqu'à 50 fois supérieure grâce aux polymères iglidur

Test d'usure en oscillation

Paramètres du test :

  • Pression de surface : 20 MPa
  • Vitesse de glissement : 0,01 m/s
  • Angle d'oscillation : 60°
  • Matériau de l'arbre : inox 304L
  • Durée : 4 semaines

Tableau test d'usure en oscillation

Y= usure [µm/km


1. PA12 (SLS)
2. PA12 + billes en verre (SLS)
3. iglidur® I3 (SLS)
4. iglidur® W300 moulé par injection

Usure due au frottement des paliers lisses lors du test d'usure en oscillation

Résultat du test :

Lors de l'essai en oscillation, les propriétés tribologiques des filaments iglidur ont une  résistance à l'usure 50 fois supérieure à celle des matériaux standard pour l'impression 3D (ABS par exemple). Un polymère résistant à l'usure garantit donc une durée de vie bien plus longue aux paliers et autres composants.


Test d'usure : oscillation sous forte charge

Propriétés tribologiques comparables pour les paliers lisses imprimés et les paliers lisses moulés par injection

Test d'usure en oscillation sous forte charge

Paramètres du test :

  • Pression de surface : 10, 20 et 45 MPa
  • Vitesse de glissement : 0,01 m/s
  • Angle d'oscillation : 60°
  • Durée : 1 semaine

Tableau test d'usure en oscillation sous forte charge

      Y= usure [µm/km] 
       
      1. iglidur® I3 (SLS)
      2. iglidur® I180 (FDM)
      3. iglidur® G moulé par injection
      4. iglidur® W300 moulé par injection

      Polymère résistant à l'usure dans un test d'usure en oscillation sous forte charge

      Résultat du test :
      Ce test sous forte charge montre que les paliers lisses imprimés en 3D (par procédé FSL) résistent à une pression de surface allant jusqu'à 45 MPa. Cela démontre que l'usure due au frottement et les propriétés tribologiques sont aussi bonnes que sur les paliers lisses moulés par injection. Ont été testés des paliers lisses d'un diamètre et d'une longueur de 20 mm, le palier lisse imprimé ayant donc été soumis à une charge de 1.800 kg. Les résultats montrent que les paliers lisses en polymères iglidur résistants à l'usure conviennent aussi aux applications sous fortes charges.  


      Tests d’usure : écrou d'entraînement

      Matériaux iglidur imprimés : les polymères résistants à l'usure ont une durée de vie de 6 à 18 fois supérieure à celle des matériaux standard

      Ecrou résistant à l'usure

      Paramètres du test :

      • Couple : 129 Nm
      • Course : 370 mm
      • Vitesse : 290 [tr/min]
      • Durée : deux semaines

      Tableau test d'usure écrou

      Y = usure [mg/km]
       
      1. ABS (FDM)
      2. iglidur® I180 (FDM)
      3. iglidur® J260 (FDM)
      4. iglidur® I3 (FSL)
      5. iglidur® J moulé par injection

      Ecrou résistant à l'usure

      Résultat du test :
      Ce test montre que la résistance à l'usure des matériaux igus pour l'impression 3D est de 6 à 18 fois  supérieure à celle des matériaux courants, la variation dépendant du matériau et du procédé utilisés.
      Imprimer des écrous permet de réduire les coûts notamment pour les petites quantités, le filet pouvant être produit directement dans l'imprimante 3D et n'ayant donc pas besoin d'être découpé à l'aide d'un outil coûteux. Le filet doit juste faire partie du modèle.
       


      Test de frottement : en rotation

      Comparaison entre un polymère iglidur résistant à l'usure et un matériau ABS standard : l'iglidur a un coefficient de frottement moins élevé

      Test de frottement en rotation

      Paramètres du test :

      • Pression de surface : 1 MPa
      • Vitesse de glissement : 0,1 m/s
      • Matériau de l'arbre : Cf53

      Tableau test de frottement en rotation

      Y = coefficient de frottement [-]
      X = durée [h]

       
      1. PA12 (FSL)
      2. iglidur I3 (FSL)
       
       
       

      Usure due au frottement : coefficient de frottement en rotation

      Résultat du test :
      Le test montre que les propriétés tribologiques de l'iglidur I3 sont 2 fois meilleures que celles des matériaux standard pour l'impression 3D.  Cela s'explique par le fait que les matériaux iglidur renferment des lubrifiants solides qui font baisser le coefficient de frottement et augmentent nettement la résistance à l'usure. Les polymères résistants à l'usure et les propriétés tribologiques sont utiles pour concevoir des moteurs et choisir la force motrice, un frottement deux fois moins important n'ayant besoin que d'une force motrice elle aussi deux fois moins élevée.


      Test de roues dentées en polymère résistant à l'usure

      Comparatif POM / iglidur I6 : arrêt avec le POM, pratiquement pas d'usure due au frottement avec l'iglidur I6


      Paramètres du test :

      • Couple : 4,9 Nm
      • Vitesse : 12 [tr/min]
      • Matériau associé : aluminium anodisé dur
      • Durée : 2 mois
      1. POM: 321.000 cycles: forte usure
      2. POM : 621.000 cycles: arrêt
      3. iglidur® I6 : 1 million de cycles: faible usure
       
      Résultat du test :

      Plusieurs polymères ont été testés lors du test des roues dentées. Des polymères usinés mécaniquement et imprimés en 3D.  Aucun polymère n'a tenu aussi longtemps que notre polymère iglidur I6 résistant à l'usure (impression par procédé FSL).   En raison de leurs très bonnes propriétés tribologiques, les roues dentées en iglidur I6 sont aussi utilisées dans le système modulaire robolink destiné aux bras de robot.


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