Le fabricant chinois d’imprimantes 3D Eplus3D a fait ses débuts dans le secteur ferroviaire avec son dernier projet client.

Travaillant en étroite collaboration avec une compagnie ferroviaire anonyme, l’entreprise a utilisé son système EP-M650 grand format pour imprimer en 3D un ensemble de disques de frein d’utilisation finale personnalisés à utiliser dans un train. Mesurant Φ 648 x 90 mm³ chacune, les pièces ont été imprimées avec de l’acier allié 24CrNiMo avec un temps de construction total de 631 heures du début à la fin.

Le cas d’utilisation est le dernier d’une longue série d’applications d’impression 3D pour Eplus3D, et aurait entraîné à la fois des coûts inférieurs et des délais plus courts pour l’entreprise ferroviaire par rapport aux méthodes de production traditionnelles.

L’imprimante 3D EP-M650. Photo via Eplus3D.

Le besoin de disques de frein performants

Tout comme l’aérospatiale et l’automobile, l’industrie ferroviaire repose sur des pièces métalliques de haute performance. Les trains à grande vitesse d’aujourd’hui peuvent rouler à des vitesses maximales d’environ 350 km/h ou plus, chaque wagon pesant environ 60 tonnes. En tant que tels, les trains en mouvement ont une énorme quantité d’inertie et d’énergie cinétique derrière eux, ce qui rend extrêmement difficile le freinage et l’arrêt en peu de temps.

Les disques de frein fonctionnent simplement en se pressant les uns contre les autres, ce qui génère des frottements pour contrecarrer la rotation des roues d’un train. Malheureusement, on ne peut pas avoir de frottement sans générer de chaleur, c’est pourquoi les disques de frein (et les plaquettes de frein) sont régulièrement amenés à supporter des températures élevées de l’ordre de 900°C. Ils sont également conçus pour fonctionner dans une grande variété d’environnements difficiles avec la pluie, la neige, le sable et le soleil.

De nombreux disques de frein d’aujourd’hui sont faits d’alliages d’acier et fabriqués par des procédés conventionnels tels que la coulée de métal et le forgeage. Bien que ces approches offrent d’excellentes propriétés mécaniques et finitions de surface, elles souffrent également de cycles de production excessivement longs. Cela est particulièrement gênant lors de l’approvisionnement en pièces de rechange pour les remplacements, car les livraisons peuvent prendre plusieurs mois, avec des coûts supplémentaires à chaque étape de la chaîne d’approvisionnement.

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Un disque de frein imprimé en 3D dans la chambre de fabrication.  Photo via Eplus3D.
Un disque de frein imprimé en 3D dans la chambre de construction. Photo via Eplus3D.

Un nouvel outil pour le secteur ferroviaire

Adoptant l’approche de la fabrication additive, Eplus3D a utilisé son imprimante 3D EP-M650, un système de fusion sur lit de poudre à quatre lasers avec un volume de construction grand format de 655 x 655 x 800 mm.

La machine est compatible avec une pléthore de poudres métalliques telles que le titane, l’aluminium, l’inconel, les alliages de chrome-cobalt, etc. L’acier 24CrNiMo utilisé pour le projet est connu pour sa haute résistance à la traction, sa ténacité à la rupture et son excellente stabilité thermique – des propriétés cruciales pour les disques de frein.

En plus de se prêter à des délais de livraison beaucoup plus courts et à des coûts de production plus faibles, l’utilisation de l’impression 3D présentait plusieurs avantages en termes de performances des pièces. Selon Eplus3D, les disques de frein imprimés en 3D offraient des densités améliorées grâce à la réactivité du faisceau laser haute puissance, résultant en de meilleures propriétés mécaniques et de friction. Étant donné que les caractéristiques de surface et les trous ont été imprimés en une seule pièce monolithique, les disques de frein se sont également avérés offrir une dissipation thermique supérieure.

En fin de compte, Eplus3D voit un avenir radieux pour ses imprimantes 3D dans le domaine du matériel roulant, offrant une nouvelle méthode améliorée de fabrication de pièces de rechange critiques sans sacrifier les performances des pièces.

La conception du disque de frein numérique.  Image via Eplus3D.
La conception du disque de frein numérique. Image via Eplus3D.

Même encore, Eplus3D n’est pas la première entreprise à tirer parti de la technologie de fabrication additive dans le secteur des transports. Tout récemment, Alstom, un fabricant de matériel roulant basé en France, a adopté la technologie d’impression 3D FDM de Stratasys pour rationaliser ses propres opérations de production de pièces détachées. L’un des derniers projets de l’entreprise consistait à produire un ensemble de pièces de rechange d’urgence pour les tramways de Sétif en Algérie, réduisant considérablement les délais de livraison et permettant aux tramways de Sétif d’économiser des milliers de dollars en coûts de fabrication.

Ailleurs, Kimya, la branche des matériaux de fabrication additive de la société technologique ARMOR, a utilisé l’impression 3D pour produire un composant de couverture de protection obsolète pour un fournisseur ferroviaire anonyme. Développé en 1982, le moule de la coque n’existait plus et les pièces détachées ont dû être entièrement repensées avant d’être imprimées en 3D en PEEK.

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L’image en vedette montre la conception du disque de frein numérique. Image via Eplus3D.