Aérodynamisme actif, intégration fonctionnelle et design esthétique : trois objectifs optimisés avec l'impression 3D

• Solution requise : système d'aileron arrière actif
• Mode de fabrication :  frittage sélectif par laser avec poudre FSL
• Exigences : pièce complexe, faible coefficient de frottement, faible poids, temps de conception et coûts réduits
• Matériau : iglidur I3
• Secteur : automobile
• Bénéfice de la coopération : gain de temps important, coûts réduits, structure très complexe des pièces pouvant être imprimée en une seule opération

Brève présentation de l'application :
Le concept « WING3D » du projet de recherche OptiAMix est un système d'aileron arrière qui permet un aérodynamisme actif grâce à l'impression 3D. Les ailerons arrières fabriqués par des procédés traditionnels ne permettaient pas, entre autres, d'intégrer un système hydraulique au support. L'interaction entre différents matériaux, dont de l'aluminium et des polymères iglidur optimisés en termes tribologiques, confère au système un mode de fonctionnement novateur pour le mouvement de l'aileron arrière tout en en augmentant la résistance à l'usure.
 

Des paliers lisses en iglidur I3 permettent un fonctionnement sans entretien avec peu de frottement (copyright : EDAG Engineering GmbH)

Problème

Le projet de recherche OptiAMix du groupe EDAG et la société igus ont essayé ensemble de construire un aileron arrière réglable qui adapte sa position en fonction de la dynamique de conduite de la voiture. Pour que le réglage actif de cet aileron soit possible, les pièces doivent être résistantes à l'usure et présenter un faible coefficient de frottement. Le projet recherchait un matériau robuste dont la conception offrirait suffisamment de place pour intégrer le système hydraulique. La réalisation des pièces en construction légère requises n'était guère possible avec les modes de fabrication actuels, la planification et la fabrication de ces pièces complexes sur mesure prenant trop de temps.

Solution

Avec l'impression 3D, il est possible de configurer et de fabriquer chaque pièce de manière à ce qu'elle remplisse parfaitement sa fonction tout en étant esthétique. Le grand choix de matériaux disponibles permet aussi une impression sur mesure des pièces en construction légère. L'utilisation de paliers lisses imprimés en iglidur I3, un polymère igus optimisé en termes tribologiques, permet d'avoir un fonctionnement de l'aileron avec nettement moins de frottement et d'entretien qu'avec un polymère normal. Ce polymère a une résistance à l'usure jusqu'à 30 fois meilleure que celle de matériaux courants utilisés pour le frittage par laser. Le matériau idéal, donc, pour les mouvements de l'aileron arrière.

Absence d'entretien grâce à des paliers lisses imprimés

Le système d'aileron arrière fait appel à des paliers lisses imprimés. Le grand avantage de cette méthode réside dans l'impression rapide des pièces et dans un vaste choix de matériaux. Les pièces n'auraient pas pu être réalisées aussi facilement avec des méthodes de fabrication classiques. Pour un système d'aileron actif, il est indispensable que les mouvements se fassent avec aussi peu de frottement que possible. Le service impression 3D igus fabrique les paliers lisses à partir d'un polymère mis au point à cet effet qui leur confère une grande résistance à l'usure et un faible frottement. Les pièces autolubrifiantes sont également sans entretien, un atout majeur pour l'aileron actif.

Des exigences élevées en matière de design sans compromis sur la fonctionnalité

Un support en aluminium bionique a été fabriqué pour l'aileron arrière à système hydraulique intégré. Ce système hydraulique intégré permet de déplacer, avec une pression d'huile atteingant 90 bar, un piston qui règle l'angle de l'aileron en continu entre 6° et 42°. Le support renferme également un câble électrique pour le capteur permettant de déterminer la position et l'angle qui assure à son tour le réglage de l'aileron en fonction de la situation de conduite. Une fonction frein est également prévue. Elle est complétée par un feu stop à LED intégré au support. Des paliers lisses imprimés ont aussi été intégrés pour réduire le frottement. Toutes les pièces réalisées par fabrication additive sont parfaitement adaptées aux autres pièces sans que des compromis en matière de fonctionnalité ou d'esthétique soient nécessaires. Une véritable interaction entre forme et fonction qui ouvre des voies nouvelles au design grâce à l'impression 3D.

Design et fonctionnalité de haut niveau grâce à l'impression 3D. (Copyright : EDAG Engineering GmbH)

Système actif sans le moindre compromis grâce à l'iglidur I3

Le matériau iglidur I3 a été mis au point pour le frittage laser et il possède une résistance à l'usure jusqu'à 30 fois supérieure à celle de matériaux FSL courants. Des lubrifiants solides intégrés au polymère optimisent le glissement des pièces et leur confèrent ainsi une très longue durée de vie dans de nombreux domaines d'utilisation. Le système actif dispose avec l'iglidur I3 du parfait polymère pour allier forme et fonction. Les pièces autolubrifiantes réalisées par fabrication additive permettent un mouvement à faible frottement et sans entretien dans les logements de l'aileron. Elles confèrent au système une durée de vie qui ne serait pas possible avec d'autres polymères.

Poudre FSL iglidur I3