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Impression 3D de pièces résistantes à la chaleur pour le motocyclisme

Andrea Pirazzini, fondateur de Help3D, a créé un collecteur d'admission avec les imprimantes 3D Formlabs pour une pit bike qu'il pilote lors du championnat d'Italie Dodici Pollici. 

Lorsque son équipe règle la moto, elle essaie d'obtenir une montée en puissance du moteur aussi linéaire que possible. M. Pirazzini a eu recours à l'analyse dynamique des fluides pour concevoir un collecteur d'admission capable de limiter la puissance du moteur sans nécessiter de brides de réduction, qui peuvent créer des chutes de pression localisées. 

Pirazzini s'est tourné vers l'impression 3D parce qu'elle lui permettait d'imprimer plusieurs versions de la même pièce à petit prix, de tester ses conceptions dès le lendemain et d'avoir un avantage sur la piste. Elia Marescutti, le coéquipier de Pirazzini, a remporté le championnat 2021 sur une moto équipée d'un collecteur imprimé en 3D. Lisez la suite pour savoir comment M. Pirazzini a développé le projet.

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

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

Rétroconcevoir le collecteur pour optimiser ses performances

M. Pirazzini fait de la moto depuis 2012. Dès le début, il a utilisé l'impression 3D pour créer de petites pièces, comme par exemple des supports pour maintenir le chronomètre. Il hésitait à développer des pièces plus fonctionnelles et résistantes à la chaleur, jusqu'à ce qu'il apprenne le lancement de Rigid 10K Resin.

Après avoir consulté les spécifications en détail, M. Pirazzini s'est dit qu'il serait intéressant d'imprimer en 3D un collecteur d'admission, qui est une pièce généralement usinée en aluminium. Auparavant, il avait déjà essayé d'utiliser la technologie FDM, mais le résultat n'était pas celui qu'il espérait car les fuites d'air déformaient le carburateur et diminuaient le rendement du moteur.

Scan du moteur de la pit bike.

Scan du moteur de la pit bike.

M. Pirazzini a utilisé la numérisation 3D et le logiciel Autodesk Fusion 360 pour rétroconcevoir la pièce. Le scan du moteur à quatre temps (deux soupapes) avec son cadre et son carburateur l'a aidé à dimensionner correctement le collecteur d'admission, puis à le positionner de manière à ce que le carburateur n'appuie pas sur le cadre ou le système d'échappement. M. Pirazzini a également conçu les trompettes et les conduits d'admission. Grâce à la CAO, il a été possible d'adapter le diamètre des entrées de tuyaux au carburateur, évitant ainsi les chutes de pression et les turbulences.

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

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

Au cas où le collecteur devait être démonté pour limiter le rendement maximal du moteur, M. Pirazzini a créé un modèle 3D de collecteur permettant de limiter la puissance sans perdre en linéarité. Il a ensuite effectué des essais à l'aide d'un banc de test, ce qui lui a permis de trouver le collecteur adapté pour chaque type de moteur examiné. 

Le résultat en a été une extension de la courbe de puissance moteur à des régimes plus élevés, sans pertes de puissance. En conséquence, le moteur dispose de plus de puissance (environ 1 CV, soit une augmentation de près de 10 %) qu'avec un collecteur usiné standard, tout en restant dans les limites imposées par le règlement du championnat.

Utilisation de Rigid 10K Resin pour imprimer des objets résistant à la chaleur

Le nouveau collecteur a été imprimé sur la Form 3 avec Rigid 10K Resin à une hauteur de couche de 100 microns, qui donne une surface lisse sans lignes de couche visibles. En ce qui concerne la finition, M. Pirazzini a utilisé du papier de verre classique à base d'eau pour lisser la surface. Contrairement aux collecteurs imprimés en FDM qui doivent être traités à l'extérieur et à l'intérieur pour être étanches, l'impression SLA crée des pièces solides et étanches. 

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

Andrea Pirazzini, fondateur de Help3D

« PreForm est le programme d'impression 3D le plus simple et le plus performant que j'aie jamais utilisé. »

Deux versions de collecteurs d'admission prêts à être envoyés à l'imprimante avec PreForm.

Deux versions de collecteurs d'admission prêts à être envoyés à l'imprimante avec PreForm.

Dans PreForm, l'utilisateur peut positionner l'objet manuellement ou utiliser l'orientation automatique. M. Pirazzini a trouvé cette dernière fonctionnalité très utile car elle permet de minimiser la création des supports, qui peuvent être ajoutés ou retirés selon les besoins de l'utilisateur. Si des supports manquent dans des zones clés de la tâche d'impression, le logiciel en informe l'utilisateur.

Andrea Pirazzini, fondateur de Help3D

« Une chose particulièrement agréable avec la Form 3 est que les supports en contact avec la pièce sont vraiment minuscules et ne laissent presque aucune trace. »

Les résultats

Le collecteur que M. Pirazzini a imprimé avec la Form 3 a parfaitement résisté aux hautes comme aux basses températures et équipe toujours sa pit bike. En utilisant une caméra thermique, M. Pirazzini a constaté que Rigid 10K Resin offrait une bien meilleure performance thermique : le collecteur imprimé en 3D avec des ailettes de refroidissement a enregistré une température inférieure de 40 à 50 degrés par rapport à un collecteur classique en aluminium. De plus, après une course de 20 – 25 minutes pendant laquelle la température extérieure était d'environ 33 degrés, le collecteur était assez froid pour qu'il puisse le toucher sans se brûler.

Projets à venir

Le collecteur d'admission n'est qu'un des nombreux projets réalisés grâce à Rigid 10K Resin. En fait, M. Pirazzini pense que ce matériau permettrait également de fabriquer des soupapes flexibles pour les moteurs à deux temps, des couvercles de poussoirs, des brides de réduction pour les raccords de culasse et toute autre pièce devant être résistante à l'air.