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Cages de roulement imprimées en 3D : Bowman bouleverse le secteur des roulements avec des pièces hautes performances

Bowman fabrique des pièces industrielles imprimées en 3D avec la technologie d'impression 3D HP.

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Industrie

Machines et équipments

Matériau

HP 3D PA 11 à haute réutilisabilité2

Défi

Produire une gamme de roulements à rouleaux fendus industriels de pointe, plus faciles à assembler et améliorer les performances.

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Technologie

Technologie HP Multi Jet Fusion

Imprimante 3D HP Jet Fusion 4200

Résultats

Avec HP MJF, les ingénieurs de Bowman ont inventé une nouvelle conception pour les cages et les joints de roulement imprimés en 3D, ce qui leur a permis d'améliorer les caractéristiques du roulement.

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DÉFI

La recherche de technologies perturbatrices

Les cages de roulement peuvent être l'un des facteurs les plus importants dans la performance de roulement, et elles sont également la partie la plus complexe d'un roulement. 

Bowman International est l'un des principaux fabricants et fournisseurs de roulements lisses au Royaume-Uni et dans toute l'Europe. 

Sa gamme standard de cages de roulement aurait traditionnellement été produite à l’aide d’acier, de bronze ou d’aluminium, ce qui peut entraîner des bruits et des vibrations pendant le fonctionnement, compromettant la durabilité du matériau et la qualité de la pièce. 

À cause des géométries extrêmement complexes, Bowman ne pouvait pas utiliser de processus traditionnels comme le moulage par injection pour produire les milliers de cages de roulement qui devaient être produites chaque mois.

Bowman a d'abord utilisé SLS pour imprimer en 3D l'outillage et les pièces, mais cette technologie a augmenté la probabilité de déformation et d’incohérence des propriétés mécaniques au niveau la pièce finale. Elle n'était donc pas appropriée pour produire un outillage imprimé en 3D fiable. 

Face à ce défi, Bowman a cherché de nouvelles façons de concevoir et de fabriquer ses pièces et a ensuite opté pour la technologie HP Multi Jet Fusion (MJF) afin d’intégrer le prototypage dans la production, puis dans la production en volume, en particulier pour les cages de roulement et les joints.

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« La technologie HP MJF a pour nous un énorme potentiel.
Ce que nous réalisons ouvre un tout nouveau monde de possibilités. »

Jacob Turner, responsable de la production additive, Bowman International

SOLUTION

Cages de roulement imprimées en 3D avec HP Multi Jet Fusion

En utilisant les fonctionnalités de conception de l'impression 3D, en particulier avec HP MJF, les ingénieurs de Bowman ont inventé une nouvelle conception en attente de brevet pour les cages et les joints de roulement imprimés en 3D, qui leur a permis de modifier d'autres aspects du roulement.

« Depuis la création d'une conception plus complexe, cela nous a permis de simplifier les autres composants de l'ensemble du roulement », a déclaré Chris Perry-Westlake, ingénieur de production chez Bowman. 

« Ce faisant, nous avons pu réduire de 75 % le nombre de composants différents en stock. » 

L'utilisation du matériau HP 3D PA 11 à haute réutilisabilité a permis à Bowman d'imprimer des pièces 3D qui :

  • Offrent une meilleure élongation à la rupture, ce qui est essentiel lors de l'assemblage des pièces
  • Présentent des performances améliorées
  • Nécessitent moins d'entretien et moins de pièces de rechange
  • Sont plus faciles à assembler et moins chères à fabriquer, ce qui est un avantage majeur lorsqu'elles sont utilisées dans des environnements industriels potentiellement difficiles

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RÉSULTATS

Améliorations des pièces industrielles imprimées en 3D

Bowman a continué à imprimer des roulements en 3D avec HP MJF « du fait que nous pouvions produire 5 à 7 fois plus de composants dans le même délai », a déclaré Perry-Westlake.

Traditionnellement, les roulements imprimés en 3D nécessitaient un délai d'exécution de 12 à 14 semaines, mais l'utilisation de la technologie HP MJF pour imprimer en 3D ces pièces industrielles a permis de réduire le délai d'exécution à une semaine. 

En imprimant des cages de roulement en 3D avec la technologie HP MJF, Jacob Turner, responsable de la production additive chez Bowman, a noté que « nous sommes capables d’augmenter l’ensemble de la capacité de charge du roulement de 30 ou 40 voire même 50 %, multipliant ainsi la durée de vie d'un roulement traditionnel par 3 à 5. »

Le nouveau roulement à rouleaux fendus est désormais doté de cages de roulement imprimées en 3D qui augmentent non seulement les capacités de charge radiale de 70 %, mais augmentent également la charge axiale de 1 000 %, et les joints imprimés en 3D offrent de meilleures propriétés d'usure et une plus grande facilité d'utilisation.

« Pour nous, HP Multi Jet Fusion représente un énorme pas en avant en termes de résultats, de nombre de pièces que nous pouvons produire et de propriétés isotropiques » a déclaré Turner.

Les capacités de conception et de fabrication avancées de Bowman sont désormais axées sur la fourniture de roulements JHB Split au marché mondial et le développement de nouvelles applications dans la fabrication additive et la conception de roulements imprimés en 3D.

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  1. Toutes les images sont utilisées avec la gracieuse permission de Bowman Additive Production
  2. Les solutions d’impression 3D HP Jet Fusion, utilisées avec le matériau HP 3D PA 11 à haute réutilisabilité, assurent jusqu’à 70 % de réutilisabilité de la poudre, et produisent des pièces fonctionnelles lot après lot. Dans le cadre des tests, le matériau est vieilli dans des conditions d’impression réelles et la poudre est suivie par générations (pire cas pour la réutilisation). Des pièces sont ensuite fabriquées à partir de chaque génération et testées pour déterminer leurs propriétés mécaniques et leur précision.