Esprit: Les pistons MAHLE produits par l'imprimante 3D augmentent les performances du moteur de la Porsche 911 GT2 RS, tout en la rendant plus efficace.

Des pistons en aluminium moulés aux pistons en aluminium imprimés en 3D

La fabrication additive Porsche GT2 RS: des pistons en aluminium moulés aux pistons en aluminium imprimés en 3D

| Editeur: Isabell Page

Récemment, Mahle a réussi à produire des pistons en aluminium haute performance utilisant l’impression 3D dans le cadre d’une coopération avec Porsche et Trumpf. Les pistons imprimés ont réussi le test sur le banc d’essai du moteur. Le point culminant: il est concevable que la puissance du moteur Porsche de 700 ch puisse être augmentée de 30 ch avec une augmentation associée de l’efficacité.

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Esprit: Les pistons MAHLE produits par l’imprimante 3D augmentent les performances du moteur de la Porsche 911 GT2 RS, tout en la rendant plus efficace.

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«Les résultats du projet confirment le grand potentiel de l’impression 3D et démontrent la compétence particulière de Mahle dans le domaine des petites séries limitées et hautes performances et en relation avec le prototypage et le marché secondaire», explique le Dr Martin Berger, responsable de la recherche d’entreprise et de la technologie avancée. Ingénierie chez Mahle.

Frank Ickinger, chef de projet chez Porsche, a déclaré dans une interview à l’Automobil-Industrie allemande que tous les pistons sont « en aucun cas inférieur à leurs homologues moulés ou forgés. « 

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La conception bionique réduit le poids du piston

Le nouveau procédé présente la possibilité de mettre en œuvre une conception dite bionique. Dans cette approche, qui imite des structures naturelles telles que le squelette humain, le matériau n’est ajouté que dans les zones chargées, la structure du piston étant adaptée à la charge. Il économise du matériel et a le potentiel de fabriquer le piston imprimé en 3D jusqu’à 20% plus léger que son homologue de fabrication conventionnelle tout en augmentant la rigidité.

De plus, les développeurs de Mahle ont introduit une galerie de refroidissement positionnée de manière optimale et spécialement formée près des segments de piston. Cette conception est basée sur les nombreuses années d’expérience de Mahle avec les processus thermiques sur le piston et n’est possible qu’en utilisant l’impression 3D. La galerie de refroidissement réduit la charge de température sur le soi-disant sommet, une partie particulièrement sollicitée du piston, optimisant ainsi la combustion et ouvrant la voie à des régimes maximaux plus élevés.

Le nouveau processus de production est basé sur un alliage d’aluminium spécial développé par Mahle avec une longue histoire de utilisation réussie dans les pistons coulés. L’alliage est atomisé en une fine poudre, puis imprimé dans un processus connu sous le nom de fusion laser laser (LMF). Un faisceau laser fait fondre la poudre à l’épaisseur de couche souhaitée, suivi de l’application d’une nouvelle couche sur le dessus, construisant ainsi le piston une couche à la fois. En utilisant cette méthode, le spécialiste de l’impression 3D Trumpf produit des ébauches de piston composées d’environ 1 200 couches en environ 12 heures.

«Ce projet comportait plusieurs défis. De la conception du piston à la spécification du matériau et au développement des paramètres d’impression appropriés, nous avons dû effectuer de nombreux ajustements fins pour obtenir le résultat optimal », explique Volker Schall, responsable de la conception de produits en ingénierie avancée chez Mahle. «Nous maîtrisons désormais non seulement l’aspect technique des choses, mais nous pouvons également évaluer comment la méthode peut être intégrée dans les processus de fabrication existants.»

Les imprimantes 3D de Voxeljet peuvent produire de nouvelles géométries économes en matériaux pour l'aviation: à gauche le modèle de moulage en PMMA, à droite la porte en aluminium produite en moulage de précision.

Haute qualité confirmée lors d’essais rigoureux

L’ébauche de piston est ensuite finie, mesurée et testée chez Mahle et doit répondre aux mêmes normes strictes qu’une pièce de fabrication conventionnelle. Une attention particulière est accordée à la zone centrale du piston – connue sous le nom de jupe – et au point auquel il se connecte à la bielle – l’alésage de l’axe. Ces zones sont soumises à des tests d’impulsion et d’arrachement de jupe; Les ingénieurs de Mahle peuvent ainsi simuler les charges qui se produiront lors de futures opérations.

En plus de couper les pistons ouverts pour l’analyse, le partenaire du projet Zeiss a effectué de nombreux tests non destructifs en utilisant des procédures telles que la tomodensitométrie, la numérisation 3D et la microscopie. Les résultats montrent que le piston imprimé atteint le même standard de haute qualité qu’un piston de production conventionnel. En ce qui concerne les essais pratiques, six pistons ont été installés dans le moteur de la Porsche 911 GT2 RS et l’unité d’entraînement a terminé avec succès 200 heures de tests d’endurance dans les conditions les plus difficiles du banc d’essai. Cela représente environ 6 000 kilomètres à une vitesse moyenne de 250 km / h, y compris les arrêts de ravitaillement, et environ 135 heures à pleine charge. Le test a également inclus 25 heures de charge automobile, c’est-à-dire le mode de dépassement simulé d’un véhicule.

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