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Conception mécanique: le soin du détail grâce à 3D Precision SA 

20 Juillet 2021

A bord du bateau SP80, le superflu n’a pas sa place. Chaque pièce est savamment étudiée et optimisée afin de remplir la mission pour laquelle elle a été pensée.

Appuyés par les ingénieurs de l’équipe, des étudiants de l’EPFL impliqués dans SP80 se sont alors attelés à réduire au maximum l’encombrement et le poids des systèmes mécaniques, tout en garantissant l’intégrité structurelle des pièces. Récit de plusieurs mois de travail, durant lesquels l’entreprise suisse 3D Precision SA a joué un rôle clé !

    Du dessin initial à l’optimisation topologique

    Les systèmes mécaniques implémentés dans le bateau constituent une part importante – mais souvent cachée – du développement. Elle n’en reste pas moins intéressante! 

    Première étape: dessiner l’ensemble des systèmes nécessaires au pilotage du bateau et du kite. Vient ensuite toute une réflexion autour de la manière d’optimiser la forme et le poids des différentes pièces, tout en s’assurant qu’elles ne seront pas endommagées par les efforts qui s’exercent en navigation. Pour cela deux étudiants, Gabriel Bessette et Augustin Million, ont réalisé des optimisations topologiques (i.e. des simulations numériques) pour réduire au maximum le poids et l’encombrement des pièces tout en garantissant leur tenue mécanique aux sollicitations qu’elles vont rencontrer. Résultat: plutôt que d’avoir des pièces en titane brutes et pleines, celles-ci vont prendre des formes plus organiques et leur structure s’en voit renforcée. 

    Optimisation_Topologique

      Dans le cas du logement dédié aux roulements qui accueilleront le bras de safran, le poids de la pièce optimisée est de 420 g contre 450 g pour la pièce brute. Si la différence de poids paraît peu significative, à effort imposé égal, la pièce optimisée résiste bien mieux. Les contraintes dans la version optimisée ne seront que de 145 MPa tandis que la pièce initiale engendre des contraintes allant jusqu’à 1100 MPa. Du fait de leurs formes plus compliquées, ces pièces ne peuvent pas être construites de manière traditionnelle, et c’est là que 3D Precision SA nous apporte un soutien précieux.

      Impression 3D métallique titane

      L’impression 3D métallique: une solution innovante

      A bateau innovant, solution innovante ! Dès le début de l’aventure, 3D Precision SA a approché SP80, certain de pouvoir apporter son expertise et son soutien en matière d’impression 3D métallique. Adaptée aux géométries complexes, de la pièce unitaire à la moyenne série, l’impression 3D métallique est indéniablement LA solution qui convient au projet SP80.

      Cette méthode de production additive se base plus précisément sur la technique de fusion sélective par laser. Contrairement à un usinage classique partant d’un bloc de métal brut usiné par une fraise, l’impression 3D métallique se fait grâce à un laser de très grande puissance, faisant fusionner localement et progressivement une poudre métallique. Dans notre cas, nous utilisons de la poudre de titane mais il est possible d’utiliser d’autres matériaux pour faire des pièces en aluminium, acier, cuivre, etc.

      Ce partenariat s’est réellement concrétisé avec la fabrication des premières pièces mécaniques optimisées. Avant d’être implémentées sur le bateau, il a fallu valider leur résistance, étape qui s’est déroulée dans les laboratoires de l’EPFL.

      Des pièces mécaniques validées prêtes à être implémentées

      Vient donc l’étape sans doute la plus gratifiante et la plus visuelle: tester la résistance des pièces ! Florentin Fellay, étudiant de l’EPFL et membre de l’association SP80, s’est attelé à préparer aux mieux ces essais durant le semestre d’automne 2020. En début d’année 2021, il a pu utiliser une machine de traction pour caractériser la résistance du logement des roulements, en allant notamment jusqu’à casser entièrement la pièce.

      Résultat: l’ensemble répond bien aux spécifications recherchées! En effet, désignée pour rompre à une force de 72 kN (7 T), les premières fissures ont été finalement aperçues en appliquant une force de 91,6 kN (9 T). 

      Nous pouvons donc sereinement implémenter ces pièces mécaniques en titane imprimées en 3D sur le bateau final. Une quinzaine de pièces seront réalisées de la sorte chez 3D Precision SA, nous rapprochant ainsi un peu plus de notre tentative de record du monde de vitesse à la voile en 2022. 

      Si le sujet vous intéresse, vous pouvez regarder la vidéo Meet our partners | 3D Precision SA

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