Etrier de frein en titane en impression 3D

Excuse moi si tu t'es sentis agressé par mon invitation d'aller te documenter FD-racing.
Je te trouve souvent inutilement agressif, mais chacun sa personnalité. Bref

Je n'ai jamais dit que c'était simple, j'essais de donner quelque clefs pour enlever les idées reçu(ancré par le vécu de chacun) que je vois dans les différents message.
En tant que professionnel, tu peux contacter des entreprises qui font de l'impression 3d metal et généralement il t'explique les procédés(et ses contraintes) et leurs catalogues matières avec les caractéristiques mécaniques et les cas d'emplois, te permettant de concevoir des pièces optimisé pour ce procédé.

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Je ne pourrais pas te donner la "formule chimique" du métal employé (parler de formule chimique pour les alliages c'est...byzarre).
Comment il est mis en oeuvre(DMLS ou SML), en partie et comment on fabrique ce métal, oui.
Pour la composition chimique, dire qu'il y a moins de 0.25% de fer et moins de 0.08% de carbone, ce n'apporte rien je pense.

J'essaie d'apporter des choses sans trop en dire pour plusieurs raisons, connaissances incomplètes, confidentialité, fainéantise et aussi pour éviter des critiques de personnes qui ont une perspectives des choses limité à leur métier ou à leur vécu (et du coup sont blessant dans leurs propos). Voilà pourquoi, parfois, je ne veux/peux pas en dire plus.

En gros(très gros oui) l'impression métal , c'est comme si ont faisait de la soudure cordon sur cordon pour créer une forme.


Source sculpteo:


L'impression 3D Titane comporte de nombreux avantages en comparaison des modes de fabrication traditionnelle. En voici un rapide aperçu :

Complexité des pièces : l'impression 3D Titane permet de réaliser des formes complexes qui ne sont pas faisables autrement. Cela ouvre de larges possibilités en terme de conception et d'optimisation des pièces.

Propriétés mécaniques : les pièces imprimées en titane conservent de très bonnes propriétés mécaniques et peuvent être réalisées en un bloc. Cela permet d'éviter des étapes de soudage, qui peuvent causer des impuretés et zones de faiblesse.

Délais de production et flexibilité : l'impression 3D évite de passer par plusieurs étapes de fabrication et permet de réaliser des pièces en quelques heures ou jours suivant les cas.

Réduction pertes de titane : le titane est un métal coûteux et les méthodes de fabrications traditionnelles fonctionnent par soustraction. Cela génère de nombreuses pertes de matière (copeaux), et donc un coût élevé. L'impression 3D titane permet donc de réduire ces pertes.

Toutefois, le coût des impressions 3D en titane reste élevé. L'industrie a donc encore des défis à relever, tels que la réduction du coût de la poudre de titane, pour améliorer cette technologie.


DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
Imprimante 3D Titane EOS : M 280, M 290, M 400
Alliage utilisé : Ti6Al4V

Imprimante 3D Titane de 3D Systems : ProX 100, ProX 200, ProX 300, PeoX 400.
Alliage utilisé : Ti6Al4V

EBM (Electron Beam Melting)
Imprimantes 3D Titane Arcam : Q10, Q20 et A2X
Alliages et Titane utilisés : Ti6Al4V Grade 5, le Ti6Al4V ELI Grade 2 et le Titanium Grade 2

DMD (Direct Metal Deposition)
Imprimantes 3D Titane Optomec : LENS 3D Printer
Alliages et Titane utilisés : CP Ti, Ti 6-4 (Ti6Al4V), Ti 6-2-4-2 (Ti6Al2Sn4Zr2Mo)

Le procédé EBM reprend la technologie de la soudure par faisceau d'electron donc limité niveau choix matière.

Petite piste supplémentaire, la chimie du métal ne fait pas toute ces caractéristique mécanique, une grande part venant de l'état métallurgique, donc de la maîtrise de la température et d'étapes de traitement technique.

Ca reste un argument d'autorité mais: J'ai conçus des pièces en impression 3d(métal et plastique), j'ai fabriqué aussi des pièces en ABS pour certains projets avec une machine FDM de bureau et par la suite avec une machine professionnel fortement plus efficace. Je fais de la veille techno sur ces procédés. J'accompagne aussi les chercheurs pour qu'ils prennent en compte ces technologies d'impression 3d. Dans la recherche, le gros argument en faveur de l'impression 3d est bien sur les délais de fabrication. Ce qui m'étonne toujours, c'est l'association impression 3d=fragile que font les personnes qui s’intéressent au sujet. Pourtant, si tu tape sur un tube imprimé en Inox il va se déformer, il ne casse pas. Pour la technologie FDM (dépot de fil fondu), plutôt abordable, le plus dure est de faire accepter l'emplois du plastique(quand c'est possible bien sur) pour la recherche sidérurgique. L'anisotropie de la résistance mécanique pouvant faire peur, je rassure en montrant(sur de vrais pièces) que la conception permet de contourner voire prendre cette particularité comme un avantage.

Pour conclure, de mon point de vue je dirais que l'impression 3d n'est pas la technologie du future qui remplacera tout, juste une façon supplémentaires de faire des pièces avec des avantages et des inconvénient. Les média aimant le sensationnalisme nous font souvent croire le contraire.

Vivien57, t’inquiète tout va bien , comme tu le dit , chacun sa personnalité , la mienne est plutôt " hostile" , je l'avoue bien volontiers    

on ne va pas rentrer ici dans le détail de nos expériences respectives , mon propos ce limitant à l'exemple proposé en début de post , on ne sait pas de quel "métal" il s'agit,  ni du procédé de mise en oeuvre , et quand je dit " formule chimique "  je me veux grand public , les experts comprenant composition , et cette dernière n'est pas si anodine qu'il y parait  pour comprendre de quoi on parle , que ce soit en terme de procédé qu'en  terme de propriétés "mécaniques" .

au final  de quoi cet étrier est il fait  ?  comment  ?  , si je m'en réfère au document d'impression 3D que tu nous donne , je note ( entres autres )  que la température d'utilisation de leurs pièces "imprimé 3D " titane est de 350 ° , je me dit donc qu'on est vraiment loin du compte comparé à du "traditionnel" .

quand à la documentation , elle ne m'intéresse pas plus que ça sortie de l’expérience de sa mise en oeuvre , ( je parle ici d’expérience )  l'info pour l'info c'est pas mon truc .


.

Oui, rudgissimo ton retour d'expérience nous intéresse.

Vivien57, post très instructif. Continue sans te sentir énervé par des critiques éventuelles. Des posts comme celui-ci, on est sans doute plein de pillaneux silencieux ou non à en être demandeurs et friands.

fd-racing a écrit:

si je m'en réfère au document d'impression 3D que tu nous donne , je note ( entres autres ) que la température d'utilisation de leurs pièces "imprimé 3D " titane est de 350 ° , je me dit donc qu'on est vraiment loin du compte comparé à du "traditionnel" .

Je ne sais pas si on est loin du compte(mais finalement ce quoi le compte), mais ce grade en barre ou plaque aura le même Maximum long-term operating temperature non? Tu pensais à quelle nuance "traditionnel" dans ta comparaison? Je ne m'y connais peu, mais le Ti6Al4V Grade 5 à l'air traditionnel comme nuance.
Les alliages de titanes n'ont pas l'air de convenir pour les hautes température 500°C et plus. Je pense qu'on regarde plus les alliages de nickel dans ce genre de conditions d'utilisation(genre Inconel). Mais ça doit ce mettre en poudre aussi si le besoin se présente.

Vivien57 a écrit:

[quote=

Mais ça doit ce mettre en poudre aussi si le besoin se présente

Du titane frité fusionner au laser par exemple ?

Vivien57 , tu a raison pour les titanes "basiques" genre le grade 5 , perso je parle des  Ti-Al  voir Ti-Al-Nb  , qui eux ont de bien meilleurs propriétés  que le  grade 5  voir des Inconel  genre 713

et me semble mieux convenir a ce genre d'utilisation , a vérifier si ils sont aptes  aux procédés sus mentionnés  , ce qui est sur c'est qu'en mode "casting" c'est la crème de la crème .

voila ou je place le "compte"  


bon, ont pourrait parler des MMC et autres délices du genre , qui je crois ,  ce prête à l'exercice du 3D printing  

.

Je ne trouve pas de barre en Ti-Al ou en Ti-Al-Nb, tu peux préciser les nuances et grade.

Tu dis, doit correspondre à ce genre d'utilisation? On parle de l'étrier? Dans ce cas je ne sais pas quelle température atteint l'étrier, mais normalement moins que la température d’ébullition du liquide de frein non? Le titane "traditionnel" va bien du coup?
Je pensais que tu visais d'autres pièces ayant des charges plus extrême en T° et contrainte.

L'inconel s'imprime effectivement

Les MMC(je découvre), c'est très particulier car composite justement donc on exclu les procédé EBM, DLMS non? Quoique on sait faire de l'impression 3d céramique mais il y a ensuite une étape de cuisson qui n'existe pas pour l'impression metal. Comme toujours ça dépend du besoin.

Les étrier de frein en aéronautique de pointe sont fait de quelle matière?

oui je parle bien de l’Étrier de frein Bugatti , c'est pas tant pour la température d'utilisation que pour l'ensemble des caractéristiques de ces alliages ,que j’imagine son utilisation

les Ti-Al et autres de la même famille s'utilisent en fonderie essentiellement , c'est bien plus efficace pour obtenir une "bonne" pièces que de l'usiner à partir d'un bloc , mais on les trouves aussi en cible pour l'évaporation sous vide ( que je connais très bien )


bonne question pour les étriers aéro , domaine avec le spatial ou les Ti-Al sont très utilisés


.

Il a l'air thermiquement efficace ce bougre, on voit les durites flexibles caoutchoutées en état après le test au rouge comparativement à un test similaire ancien de Brembo oû les flexibles explosaient en priorité. La matière Ti utilisée associée à la forme très travaillée pour l'aération semble très performante, du beau boulot; j'ai comme l'impression que Brembo a mis son nez là dedans car on ne se décrète pas spécialiste du freinage du jour au lendemain, bien qu'un étrier de frein ne soit qu'un étau hydraulique de faible à moyenne pression. nota: de nombreux étriers Brembo ont la marque du constructeur auto sur les côtelettes: Ferrari, Porsche.......etc.
Dan

Digression sur la matière:
Après quelques discussions et recherches, ce que je comprend sur les Ti-Al.
Apparemment ce ne sont pas vraiment des alliage(on parle de composé intermetallique ou CIM)
et la composition sont de l'orde 50%Ti 50%Al.
Utilisé en fonderie car difficile de faire autrement(usinabilité médiocre).
Mais difficile ne veux pas dire impossible si le besoin est là.
Peu importe le flacon... l'important c'est les caractéristiques mécaniques et cas d'utilisation,
et là, de ce que j'ai compris(10% et encore) je vois mal leurs avantage sur un étrier de frein.
Quoique je reste sur l'idée que sa T° moyenne ne dépasse pas les 350°C et c'est peut-être faux.

"Il apparaît clairement que l’alliage est sensible
aussi bien à la température qu’à la vitesse de déformation. Globalement, l’augmentation de la
vitesse de déformation entraîne un accroissement de la contrainte. Quelle que soit la vitesse
de déformation utilisée, la contrainte d’écoulement diminue avec la température. Cependant,
entre 200 et 450 °C à faible vitesse de déformation et entre 350 et 400 °C pour les fortes
vitesses, apparaît une anomalie mécanique. Cette anomalie mécanique se traduit par une
augmentation de la contrainte et atteint un maximum avant de retrouver un comportement
normal de décroissance"

Source:http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_AMELIO_S.pdf

Et pour en revenir à la fabrication additive.

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En tout cas merci fd-racing, j'ai appris plein de truc.

Donc on pourrait supposer que cet étrier BUG a été fondu en TiAl?
Dan

Dan42 a écrit:

Donc on pourrait supposer que cet étrier BUG a été fondu en TiAl?
Dan

Heu? J'ai du vraiment mal m'exprimer alors? Je suppose le contraire en fait.

"la brochure de l'imprimante"

Le gaz d'inertage est de l'argon.

on va bien finir par savoir le fin du fin dans cette histoire

.

Savoir quoi?

Bha ce que l'on viens , en partie d'apprendre , titane grade 5  , sous atmosphère d'argon , il va nous manquer la structure du "produit" utilisé ,  et les éventuelles post traitements , mais ça c'est pour les gros curieux

.

La structure metallochimique doit être tel que défini par la norme qui décrit cette nuance et grade j'imagine. Je m'y connais pas dans ce domaine, quand on sélectionne une matière comme dans mon métier on choisis des caractéristiques mécaniques ou autres.
La structure intéresse plus ceux qui développent les nuances et grade ou gère la qualité et la production de ces matières. Pour le cas de l'impression 3d comme elle fait partie du process, il y a un monitoring des laser et autres données qui sert de garantis de qualité.

En fouillant un peu, la démo en anglais: Bugatti Chiron brake caliper indique: résistance je suppose à la rupture du matériau obtenu= 125 kg/mm2 ( 1250 mPa) c'est pas de la gnognote. Masse de la pièce finie 2,9Kg contre 4,9 Kg pour la pièce équivalente en aluminium forgé et usiné. Dimensions énormes du bestiau: 450x210x137mm (L l h). La forme et la conception est pour beaucoup dans le gain de masse, l'impression 3D n'est là que pour fabriquer cette pièce impossible à réaliser autrement ou presque ( fonderie ?). Une sérieuse étude de forme /fonction a été faite sur ce caliper; découlant sans doute d'une étude similaire faite à l'école polytechnique de Milan sur un étrier 6 pistons, les formes obtenues sont très semblables, en gros des poutres composées très larges au lieu de parties massives compactes.
De très belles pièces un peu difficiles à loger même sur des bagnoles, alors en moto je n'ose imaginer.
Dan

Dan42 a écrit:

La forme et la conception est pour beaucoup dans le gain de masse, l'impression 3D n'est là que pour fabriquer

Je pense que tu as raison. L'étude à plus du porter sur la méthode de conception.
Ils appellent ça l'optimisation topologique automatique ou optimisation structurale automatique(il doit y avoir d'autre appellation).
En gros(très gros)vous définissez:
les géométrie fonctionnel(porté de piston, fixation des plaquette et ancrage de l'étrier...),
les contraintes d'encombrement(volume extérieur,passage du disque, de la roue...),
les  contraintes de charges(charges statique, thermique...),
les déformation admissible fonctionnellement,
les contraintes admissibles par la matière choisis et je dois en oublié .

Le logiciel va construire des formes et mettre de la matière seulement où c'est nécessaire(là où sont les contraintes). Ensuite, on peut biensur reprendre ces formes pour les adapter au mode de fabrication. Dans le cas de l'impression 3d, ces formes peuvent rester proche de résultat proposé par le logiciel.

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"TOSCA Structure.Topology permet la conception rapide et fiable de composants et systèmes légers, rigides et durables. Elle permet de faire des économies en enlevant la matière « qui ne travaille pas », c’est-à-dire celle par lesquels aucun effort ou presque ne transite. Ce faisant, on évide l’espace de conception pour obtenir un nouveau design adapté au cahier des charges, résistant notamment aux sollicitations mécaniques auxquelles sera soumise la pièce au cours de sa vie.

Puisque l’objectif de l’optimisation topologique est l’obtention d’un design, celle-ci intervient naturellement au début du cycle de conception de la pièce.

Optimisation topologique avec TOSCA

La fabricabilité du design obtenu est un élément crucial du cahier des charges. TOSCA répond à cette demande en intégrant des contraintes de fabrication à l’optimisation telles des contraintes de démoulage de la pièce dans une direction imposée ou une épaisseur minimale. On peut également imposer que le design obtenu soit symétrique ou admette des périodicités."

C'est une sorte d'automatisation du processus plus classique d'optimisation ou le concepteur fait des aller retour entre la conception et les calculs RDM, ou automatise l'optimisation de quelque dimensions alors que la forme est défini comme on peut voir dans la video ci-dessous.


Ne pas oublier que l'optimisation peut avoir différentes motivation et objectif, mais ce que l'on montre le plus souvent, car le plus facile à appréhender, c'est alléger la pièce et/ou diminuer l'utilisation de matière première.

Très intéressant, +1 Déjà çà donnait envie de faire cette manip avec les études que l'on faisait par éléments finis: supprimer la matière qui ne travaillait pas, mais pas d'intérêt immédiat car :
- études rares , longues et coûteuses.
- entreprises seulement pour des sujets qui le méritaient, rares en conception et plus souvent en vérification
- Pièces ou éléments unitaires ou très petit nombre ne méritant pas un allègement, de plus l'usinage coûte cher.
la série c'est autre chose.
Dan

On s'instruit, ici ! Merci !

L'optimisation prend du temps et coûte chers, ce n'est souvent pas pertinent pour de l'unitaire.
Pareil chez nous Dan42, dans la machine spéciale, l'allègement est rare sauf si il y a beaucoup de dynamique ou bien dans des problématiques d'ergonomie.
La RDM nous sert aussi pour de la vérification de pièce agissant sur la sécurité des opérateurs (conformité machine). D'autre rare cas aussi ou la rupture ou déformation est fonctionnelle(calcul non-linaire). En dehors de ça c'est du sidérurgique(pire que de l'agricole comme on entend plus souvent) et les calculs se font au coin de la table,crayon et calculette à la main.

Absolument d'accord, la machinerie non embarquée ( mobile, agricole, chantier) doit souvent être massive, stable, insensible aux vibrations et surtout déformations pour assurer son job et la précision requise, voir le bruit max contractuel ( oui, il y a des limites réglementaires de plus en plus draconiennes qui peuvent conduire à isoler, capoter, éloigner les opérateurs, les installer en cabine par exemple).Donc l'allègement n'est pas une priorité, ce qui compte c'est le coût global études, fabrication, transport, montage et résultat sans défaut, pas le droit de se planter.
Pour notre étrier Bugatti, c'est autre chose, ils sont confrontés à un cas difficile: arrêter en toute sécurité un tank à 400 km/h, et l'emploi de titane doit répondre à ces impératifs, seulement il est bien plus lourd que l'alu traditionnel, d'oû cette étude d'optimisation. Par contre je maintiens que techniquement c'est une réussite sans doute, mais çà a une sale gueule , complexe de forme, nid à crasse et inspire la fragilité à la vue, comme le châssis imprimé 3D qu'à réalisé BMW. ce n'est pas le moyen de réalisation qui est en cause, en fonderie traditionnelle ce serait les mêmes reproches sur l'esthétique, de ma part bien sûr.
Dan