Accélérations élevées et jusqu'à 80 °C : des roulements linéaires fiables pour les imprimantes 3D

• Ce qui a été nécessaire : Chaînes porte-câbles de la série E2 micro, paliers lisses linéaires drylin R, feuille de glissement linéaire en iglidur E7, guidages de broche dryspin.
• Exigences : Les paliers dans l'application doivent résister durablement à des accélérations élevées et à des températures allant jusqu'à 80 °C.
• Secteur : Imprimante 3D
• Succès pour le client : Contrairement aux douilles à billes, les films linéaires iglidur s'avèrent être une alternative économique. Ils sont en outre pauvres en vibrations, ne nécessitent ni lubrification ni entretien et ont une longue durée de vie.

Fondée en 2012, l'entreprise Kühling&Kühling vend à ses clients des solutions de fabrication 3D flexibles et facilement modulables. Pour la réalisation de la première imprimante 3D produite en série, l'expert en solutions de Kiel a recherché des chaînes d'énergie pour le guidage sûr des câbles ainsi qu'une solution de roulement de gaine appropriée. Les exigences d'une imprimante 3D en matière de technique de stockage sont élevées : la haute performance des machines requiert des composants mobiles capables de supporter sans problème des accélérations importantes sur une longue période et, si possible, sans nécessiter de maintenance. En outre, la vie interne dynamique entraîne des températures énormes, pouvant atteindre 80 °C, pour lesquelles il faut trouver les bons matériaux. Enfin, les éléments de montage devaient également répondre à des exigences élevées en matière de silence.

Depuis 2012, l'entreprise Kühling&Kühling, dont le siège est à Kiel, en fait partie. Les deux fondateurs, les mécatroniciens Jonas et Simon Kühling, se concentrent sur le développement et la production de matériel open source dans le domaine des imprimantes 3D. Après un an et demi de développement, le premier produit, la "RepRap Industrial", fonctionne en série depuis fin 2013. Il s'agit d'une solution rentable pour un prototypage rapide fiable et de haute qualité, en particulier dans le cadre d'une utilisation continue très sollicitée.

L'installation est constamment développée et vient de recevoir une mise à jour fondamentale ainsi que diverses améliorations avec la version "v1.1.0". Tous les matériaux répondant à certaines spécifications de base peuvent être traités, qu'il s'agisse de thermoplastiques très résistants, de matières plastiques chargées de fibres ou de matériaux élastiques en caoutchouc. Les imprimantes disponibles pour une utilisation domestique ou pour le modélisme ne permettent d'utiliser qu'une palette très limitée de matériaux d'impression. La plupart du temps, on utilise ici ce que l'on appelle un "bioplastique", à base de maïs, qui ne résiste généralement pas aux exigences techniques d'une utilisation industrielle. En effet, ce plastique échoue déjà à des températures supérieures à 45 °C - les limites de température dans l'industrie sont nettement plus élevées. En comparaison avec d'autres imprimantes 3D à usage industriel, la "RepRap Industrial" se recommande surtout par son prix. Celui-ci est inférieur d'environ 25 à 30 % à celui des installations comparables. Le succès donne raison à Kühling&Kühling : le nombre de pièces augmente continuellement et a quadruplé en un an.

Il est possible de traiter tous les matériaux qui répondent à quelques spécifications de base, cela allant des thermoplastiques très résistants aux matériaux élastiques comme le caoutchouc, en passant par les plastiques chargés de fibres.

Simon Kühling se souvient de la recherche du fournisseur adéquat : "Au début du développement de l'installation, nous avons d'abord pensé aux roulements à billes classiques. Ceux-ci présentent plusieurs inconvénients. D'une part, ils sont trop chers, avec un prix unitaire d'environ 12 euros, et d'autre part, ils s'arrêtent ici à une température de fonctionnement de 65°C. Ensuite, les joints commencent à lâcher et la lubrification s'use". C'est ainsi que le chemin a mené aux paliers lisses linéaires avec des surfaces de glissement en plastique. "Pour des raisons de coûts, nous avons d'abord examiné des produits asiatiques", explique Simon Kühling. "Mais ceux-ci ne répondent en aucun cas à nos exigences, sans parler d'une capacité de livraison rapide et assurée à long terme".

Pour le guidage des câbles, le spécialiste de Kiel a opté pour nos chaînes porte-câbles de la série E2 micro, qui occupent un espace de montage particulièrement réduit et ont été développées pour des applications particulièrement dynamiques. En outre, des guidages de broche dryspin, des paliers lisses linéaires drylin R et des feuilles de glissement linéaire en iglidur E7 ont été utilisés comme solution de palier linéaire dans la génération d'imprimante 3D. Contrairement aux douilles à billes conventionnelles, les paliers linéaires en matériau iglidur se sont révélés être une solution à la fois économique et très performante.
Ils répondent aux exigences élevées en matière d'émissions sonores, d'accélérations de déplacement ainsi que de résistance à la température en continu. En outre, les paliers lisses linéaires sans lubrification à vie ne nécessitent aucun entretien et présentent donc une usure particulièrement faible et une durée de vie élevée. 
Grâce à un positionnement précis des éléments de roulement, même lors de mouvements rapides, et à l'absence de vibrations, le client peut en outre obtenir des résultats de production optimaux avec ses imprimantes 3D.

La technique linéaire et d'entraînement "drylin®" d'igus® offre aux constructeurs d'imprimantes 3D divers composants - toujours entièrement exempts de lubrification et livrables en 24 heures et à partir d'une seule pièce. Un autre avantage de l'utilisation de paliers lisses linéaires en matières plastiques hautes performances réside dans leur fonctionnement silencieux, aucun bruit de roulement mécanique n'est généré comme avec les billes en métal ou en céramique.

Le "RepRap Industrial" utilise au total douze produits de paliers igus®: des arbres en acier et des adaptateurs de guidage linéaire avec des feuilles de glissement en plastique haute performance "iglidur®" pour le guidage des axes respectifs ainsi que des vis à pas rapide et des écrous filetés en plastique pour l'entraînement des axes. Les paliers lisses linéaires sont de construction identique aux douilles à billes, économiques et faciles à monter. En outre, ils amortissent les vibrations. C'est d'autant plus important que l'impression 3D ne génère pas de grandes forces, mais des accélérations rapides. Pour cela, l'axe doit être léger.

L'imprimante 3D de Kühling&Kühling utilise également des produits de l'autre grand secteur d'activité d'igus®, les chaînes énergétiques en plastique. Les chaînes de la famille "E2 micro" utilisées ici se distinguent par une construction extrêmement peu encombrante, un faible poids et des mouvements de roulement particulièrement silencieux. Les contours lisses de la chaîne d'énergie en plastique ménagent en outre les câbles insérés.

Le catalogue en ligne d'igus® nous a déjà donné un bon aperçu de la gamme et des produits qui nous conviennent. Mais pour choisir le bon parmi la masse des possibilités, le conseil personnel nous a beaucoup aidés".

En outre, il y a eu un échange permanent sur les limites et les possibilités de certains composants et d'éventuels nouveaux développements. Ce dernier point s'appliquait par exemple au domaine des films de glissement. Le film de glissement "iglidur® E7" actuellement présenté a été spécialement développé pour les mouvements linéaires. Son point fort est notamment sa longue durée de vie et son faible taux d'usure, sur des arbres en acier, en acier chromé et en toutes sortes d'acier inoxydable. La température d'utilisation est comprise entre -30 et +80°C. Le "E7" est proposé sous forme de film de glissement pour les diamètres de 10 à 50 mm et peut être combiné avec tous les boîtiers linéaires de la série "drylin® R".