Utilisation de l'impression 3D pour fabriquer des pièces et des pièces de rechange résistantes à la chaleur pour le sport automobile

Andrea Pirazzini, le fondateur de Help3D, a utilisé des imprimantes 3D Formlabs pour créer un collecteur d'admission pour un pit bike qu'il pilote lors de la 12e Coupe d'Italie Pollici.

Lorsque son équipe règle la moto, ils essaient autant que possible d'obtenir une puissance de sortie linéaire. Pirazzini a utilisé l'analyse dynamique des fluides sur les conceptions possibles d'essorage de collecteur pour limiter la puissance sans avoir à appliquer de brides de réduction, ce qui pourrait créer des chutes de pression localisées.

Pirazzini s'est tourné vers l'impression 3D car cela lui permettait d'imprimer plusieurs versions d'une même pièce à faible coût, de tester les conceptions le lendemain et d'avoir un avantage sur la piste. Elia Marescutti, le coéquipier de Pirazzini, a remporté le championnat 2021 sur un vélo avec un collecteur imprimé en 3D. Lisez la suite pour découvrir comment Pirazzini a développé le projet.

La moto d'Elia Marescutti, vainqueur du championnat 2021 S1 Over, a utilisé un collecteur personnalisé imprimé sur la Form 3.

Ingénierie inverse du collecteur pour optimiser les performances

Pirazzini fait de la moto depuis 2012. Depuis le début, il utilise l'impression 3D pour créer de petites pièces pour son vélo, comme des supports pour le chronomètre. Il hésitait à développer des pièces plus fonctionnelles et résistantes à la chaleur jusqu'à ce qu'il apprenne le lancement de la Rigid 10K Resin.

Après avoir consulté le cahier des charges en détail, Pirazzini a pensé que l'impression 3D d'un collecteur d'admission, une pièce traditionnellement usinée en aluminium, serait un projet intéressant. Dans le passé, il avait essayé d'utiliser la technologie FDM, mais le résultat n'était pas ce qu'il espérait, car les fuites d'air déformaient le carburateur et la puissance du moteur.

Scan du moteur du pit bike.

Pour développer le projet, Pirazzini a utilisé la numérisation 3D et le logiciel Autodesk Fusion 360 pour procéder à l'ingénierie inverse de la conception. L'analyse du moteur à quatre temps (deux soupapes) avec son cadre et son carburateur l'a aidé à dimensionner correctement le collecteur puis à le positionner de manière à ce que le carburateur ne s'écrase pas sur le cadre ou le système d'échappement. Pirazzini a également conçu des trompettes d'admission et des conduits d'admission. Avec l'utilisation de la CAO, il a été possible d'aligner le diamètre de l'entrée de la tête avec le carburateur, en évitant les étapes et toute chute de pression ou turbulence.

Papier blanc

Numérisation 3D pour l'ingénierie inverse, la restauration et la métrologie

Les flux de travail de numérisation et d'impression 3D peuvent être appliqués à la réplication et à la restauration, à la rétro-ingénierie, à la métrologie, etc. Téléchargez notre livre blanc ou regardez notre webinaire pour découvrir comment commencer à utiliser ces technologies pour affiner vos propres workflows de conception.

Téléchargez le livre blanc

Différentes versions des collecteurs d'admission imprimées avec la Form 3.

Au cas où le collecteur aurait dû être dénudé pour limiter la puissance de sortie maximale, Pirazzini a créé un modèle 3D du collecteur dimensionné pour limiter la puissance délivrée sans perdre en linéarité. Il effectue ensuite des essais à l'aide d'un banc d'essai qui permet de trouver le bon collecteur pour chaque type de moteur qu'il examine.

Le résultat a été l'extension de la courbe de livraison à des régimes moteur plus élevés sans la perte classique de puissance. En substance, le moteur disposait de plus de puissance (environ 1 CV, près de 10 % d'augmentation) disponible par rapport au collecteur usiné standard, tout en restant dans les limites imposées par les règles du championnat.

Utilisation de la résine rigide 10K pour imprimer des objets résistants à la chaleur

Le nouveau design du collecteur a été imprimé avec la Form 3 en utilisant la résine rigide 10K à une hauteur de couche de 100 microns, créant une surface lisse sans lignes de couche visibles. Quant à la finition, Pirazzini a utilisé du papier de verre classique à base d'eau pour lisser la surface. Contrairement à un collecteur FDM, qui doit être traité extérieurement et intérieurement pour être étanche, l'impression SLA permet de créer des pièces solides et étanches.

échantillon

Demander un échantillon gratuit de pièce

La résine rigide 10k est le matériau le plus rigide de notre portefeuille d'ingénierie. Voyez et ressentez la qualité Formlabs de première main. Nous vous enverrons un échantillon gratuit à votre bureau.

Demander un échantillon gratuit de pièce

Le temps d'impression dépend de l'épaisseur et de la taille du collecteur mais variait généralement entre deux heures et deux heures et quarante-cinq minutes. Le prix de chaque pièce variait entre 10 € et 12 €. Pirazzini pouvait imprimer jusqu'à sept types de collecteurs différents pendant la nuit, qu'il pouvait ensuite tester le lendemain.

Andrea Pirazzini, fondateur de Help3D

"Dans le monde de l'impression 3D, PreForm est le programme le plus simple et le plus performant que j'ai jamais utilisé."

Deux versions de collecteurs d'admission prêtes à être envoyées à l'impression à l'aide de PreForm.

Dans PreForm, l'utilisateur peut positionner l'objet manuellement ou utiliser l'orientation automatique. Pirazzini a trouvé ce dernier très utile car il tend à minimiser la création de supports qui peuvent être ajoutés ou supprimés selon les besoins de l'utilisateur. Si des supports manquent dans des zones clés du travail d'impression, le logiciel en informera l'utilisateur.

Andrea Pirazzini, fondateur de Help3D

"Une très bonne chose à propos de la Form 3, en particulier, c'est que la taille du support en contact avec l'impression est vraiment minuscule et laisse très peu de résidus à enlever."

Les résultats

Le collecteur que Pirazzini a imprimé avec la Form 3 a parfaitement résisté aux températures élevées et basses et est toujours monté sur son pit bike. Grâce à l'utilisation d'une caméra thermique, Pirazzini a découvert que la résine rigide 10K offrait également des performances thermiques nettement meilleures :le collecteur imprimé en 3D avec des ailettes de refroidissement enregistrait une température inférieure de 40 à 50 degrés Celsius par rapport à un collecteur en aluminium classique. De plus, après une course d'environ 20-25 minutes à une température extérieure d'environ 33 degrés, il était possible de toucher le collecteur sans se brûler car il faisait réellement froid.

Projets à venir

Le collecteur d'admission n'est qu'un des projets qui ont vu le jour à l'aide de la résine rigide 10K. En fait, Pirazzini s'attend à ce que le matériau convienne également à la construction de packs de clapets pour moteurs à deux temps, de couvercles de poussoirs, de brides de réduction pour les accouplements de culasse et de toute autre pièce devant être résistante à l'air.