Aller au contenu principal
Etude de cas impression 3D Lehvoss

21 juin 2021

Simplifier les assemblages : vissage direct dans des pièces imprimées en 3D

Outre les assemblages par clips, le soudage et le collage, l'intégration de raccordements vissés pour l'assemblage des matériaux est l'une des méthodes les plus importantes pour un large éventail de secteurs industriels. Il est primordial de garantir un vissage aussi fiable dans les pièces en impression 3D que dans celles moulées par injection.

Lehmann&Voss&Co, producteur de compounds, estime que toutes les méthodes d’assemblage utilisées avec les matériaux pour l’injection peuvent aussi bien fonctionner avec ses matériaux d’impression 3D FFF. Afin de confirmer cela, des essais d’assemblage ont été réalisés en coopération avec EJOT GmbH & Co. KG de Bad Berleburg sur des bossages de vis imprimés en 3D.

Etude de cas : vissage direct dans des pièces en impression 3D

Pour permettre une étude comparative, des bossages ont été moulés par injection dans le moule EJOT existant, et des bossages ont été imprimés en 3D avec la technologie FFF dans le laboratoire de Lehmann&Voss&Co à partir de matériaux analogues.

Bossage de vis en impression 3D

A gauche : bossage de vis moulé par injection ; à droite : bossage de vis imprimé

La vis EJOT EVO PT®, récemment lancée sur le marché, a été utilisée pour les expériences de jointage. Outre les caractéristiques de positionnement optimisées de ce type de vis, le couple d'installation est presque indépendant de la profondeur d'insertion.

Vis auto taraudeuse EJOT

Vis EJOT EVO PT

Étant donné qu'un certain niveau d'imprécision dimensionnelle se produit toujours dans l'impression des trous de forage en raison de la procédure utilisée, le trou pour la vis (trou de guidage) a été recalibré dans chaque cas afin d'observer une norme expérimentale fiable.

Essais réalisés avec les matériaux LUVOCOM®

Matériaux 3D et injection Luvocom

Polypropylene (PP) non renforcé

Le PP non renforcé n'est pas un matériau facile à imprimer. Dans certains cas, il peut également s'avérer difficile à mouler par injection, notamment pour les bossages de vis à paroi épaisse. Parfois, une cristallisation lente se produit avec une cavitation prononcée.

Cela n'a pas été observé pour LUVOCOM® 3F PP 9929 NT, qui a également été moulé par injection dans ces essais. Il a ainsi été possible de créer des raccords à vis avec de très bonnes reproductibilités des paramètres pour tous les bossages moulés par injection. Le calibrage du trou de vis sur le bossage imprimé a montré que si l'on choisit une géométrie techniquement pratique pour le trou de guidage, il est possible d'obtenir des valeurs de fixation des vis presque identiques à celles du bossage moulé par injection. Cela a affecté tous les paramètres caractéristiques, tels que le couple d'installation (Me), le couple de serrage (Ma) et le couple d'arrachage (Mü). La gamme de fluctuation pour les trois valeurs se situe dans les ordres de grandeur techniques habituels.

Paramètres de vissage PP

Paramètres de vissage pour le PP

 

Polypropylene avec renforcement fibres de carbone (PP/CF)

Dans ces essais, les valeurs de vissage obtenues pour un PP renforcé en fibres de carbone (LUVOCOM® 3F PP CF 9928 BK) étaient supérieures d'environ 60 % à celles d'un PP non renforcé.

Aucune différence significative ne peut être détectée en termes de mesures de couple si le diamètre du pré-trou varie de 3,2 mm à 3,4 mm. Au contraire, les valeurs mesurées restent pratiquement au même niveau. Il existe un optimum clairement délimité pour le couple d'arrachage (faible dispersion des valeurs mesurées) à un diamètre de pré-trou de 3,3 mm.

L'élasticité relativement faible du matériau a un effet nettement positif dans ce cas.

Paramètres de vissage PP/CF

Paramètres de vissage pour le PP/CF

 

Polyamide avec renforcement fibres de carbone (PA/CF)

LUVOCOM® 1/CF15/HS (PA66 CF/15) est un produit de très haute performance pour le moulage par injection. Des couples de serrage élevés sont possibles pour les bossages de vis fabriqués dans ce matériau par moulage par injection. Le couple d'installation (0,6 Nm) et le couple d'arrachage (3,8 Nm) sont stables, avec une grande marge de sécurité par rapport au couple de serrage. En outre, le couple d'installation et le couple de décollement sont très clairement définis, avec une gamme de valeurs étroite et un faible écart-type. L'écart important entre le couple de décollement et le couple de serrage, en particulier, indique que l'opération de fixation est régie par un processus fiable qui peut être maîtrisé dans toutes les situations.

LUVOCOM 3F PAHT® CF 9742 BK a été utilisé à des fins de comparaison. Il s'agit d'un matériau développé spécifiquement pour le FFF. La formulation diffère de celle du matériau de moulage par injection testé mais contient également 15 % de CF. Les propriétés mécaniques, tels que la résistance à la rupture et l'allongement à la rupture, sont à un niveau plus élevé dans le matériau de moulage par injection. Dans le bossage imprimé, on observe des valeurs légèrement inférieures pour les fixations des vis. Néanmoins, de bonnes valeurs reproductibles de couple ont été obtenues (Me=0,55 Nm ; Ma=1,6 Nm ; Mü=2,8 Nm). Ici aussi, il y a une marge de sécurité suffisamment grande entre chacune des valeurs de couple. Le matériau LUVOCOM 3F PAHT® CF 9742 BK permet d'obtenir une connexion directe avec l'EJOT EVO PT® dans un processus fiable.

Paramètres de vissage PA/CF

Paramètres de vissage pour le PA/CF

Conclusion et perspectives

Les pièces produites par impression 3D ont atteint une résistance comparable à celle de leurs homologues moulés par injection. Cela rend envisageable ces applications en production série.

Les essais ont permis de constater qu'aucun bossage de vis n'a subi de rupture de tension radiale (fendillement). Il n'y a pas eu non plus de décollement de couches dans le plan z. Cela démontre une fois de plus que les matériaux LUVOCOM® 3F peuvent être considérés comme des matériaux à haute résistance sur tous les axes de déformation.

Dans cette étude préliminaire, les valeurs de mesure déterminées pour les pièces imprimées sont dans les mêmes ordres de grandeur que celles qui sont habituelles pour les pièces injectées. Dans chaque cas, elles sont accompagnées de faibles écarts types pour les paramètres de fixation mesurés. D'autres essais sont prévus pour les matériaux LUVOCOM® 3F à base de PAHT CF, PPS, PEEK et PEI.

L’étude permet d’affirmer que des vissages peuvent être réalisés de manière fiable et reproductible dans des pièces imprimées en 3D, avec la vis auto taraudeuse EJOT EVO PT®.

Comme c'est le cas pour tous les raccordements directs par vis dans le plastique, le dimensionnement optimal du bossage de la vis et, en particulier, le diamètre du pré-trou sont essentiels. D'autres paramètres, tels que la surface de la vis, ont un effet sur le résultat global, mais n'ont pas été modifiés dans le cas présent afin de maintenir la portée des tests dans des limites raisonnables. Dans tous les cas, une coopération étroite entre le plasturgiste et le fabricant de vis est recommandée si l'on veut obtenir des résultats optimaux.

Plus d'informations...

À lire aussi
Sur le même thème
Pour aller plus loin