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Un étrier de frein en titane Bugatti tout droit sorti d'une imprimante 3D

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Bugatti développe, en coopération avec le Laser Zentrum Nord de Hambourg, un étrier de frein en titane produit par fabrication additive.

L'étrier de frein monobloc à 8 pistons est le premier étrier de frein au monde à sortir d'une imprimante 3D. C'est également le plus grand étrier de frein de l'industrie automobile.

Bugatti est le premier constructeur automobile à utiliser le titane, un matériau extrêmement difficile à travailler, sur un modèle de série.

Bugatti utilise actuellement les freins les plus puissants au monde sur la Chiron. Les étriers de frein ont été entièrement pensés à cet effet. Constitués d'un alliage d'aluminium haute résistance, ils sont forgés à partir d'un seul bloc. Avec huit pistons en titane sur les étriers avant et six sur les étriers arrière, ce sont également les plus grands étriers de frein utilisés à ce jour sur un véhicule de série.

L'étrier de frein de la Chiron est fabriqué selon des principes bioniques inspirés de la nature. Son architecture permet d'obtenir un poids d'étrier minimal avec une rigidité maximale.

L'étrier de frein Bugatti en titane produit par impression 3D explore de nouveaux territoires.

Le titane est surtout utilisé comme alliage de formule Ti6AI4V dans l'industrie aéronautique et aérospatiale pour la réalisation de composants soumis à de très fortes sollicitations mécaniques, comme les suspensions de trains d'atterrissage, les ailes d'avion ou des pièces de moteurs d'avion ou de fusée.

Ce matériau présente des propriétés qui lui confèrent un net avantage en termes de performance par rapport à l'aluminium. Même sous forme de pièce fabriquée par impression 3D, sa résistance à la traction est de 1 250 N/mm2, ce qui signifie que cet alliage de titane peut être soumis à une traction légèrement supérieure à 125 kg par millimètre carré sans provoquer de rupture du matériau.

L'étrier de frein en titane mesure 41 cm de long, 21 cm de large et 13,6 cm de haut, et pèse 2,9 kg, contre 4,9 kg pour l'étrier en aluminium utilisé actuellement.

Tout en bénéficiant d'une capacité de charge supérieure, l'étrier de frein Bugatti est allégé de plus de 40%.

Du fait de la résistance extrêmement élevée du titane, il est très difficile, voire impossible de fraiser ou de forger une telle pièce à partir d'un seul bloc et de l'usiner à la manière d'une pièce en aluminium.

La solution est venue d'une imprimante 3D extrêmement puissante.

Le temps de développement au Laser Zentrum Nord de l'étrier de frein en titane à imprimer en 3D a été relativement court. De l'idée initiale au premier composant imprimé, trois mois se sont écoulés.

Il faut au total 45 heures pour imprimer un étrier de frein sur l'imprimante 3D spéciale du Laser Zentrum Nord, qui était au début du projet la plus grande installation au monde adaptée au titane, avec quatre lasers d'une puissance unitaire de 400 W.

Durant cet intervalle de temps, de la poudre de titane est déposée couche après couche. À chaque couche, les quatre lasers interviennent pour faire fondre la poudre de titane en fonction de la forme souhaitée de l'étrier de frein. Le matériau refroidit instantanément et l'étrier de frein prend forme. 2 213 couches sont nécessaires au total. Une fois la dernière couche achevée, la poudre de titane non fondue est retirée de la chambre de construction, nettoyée et stockée dans un processus fermé pour réutilisation. Il ne reste que l'étrier de frein avec sa structure de support destinée à préserver la forme du composant jusqu'à ce qu'il ait subi le traitement thermique stabilisant qui lui confère sa résistance finale.

L'étrier de frein est placé dans un four, où il est exposé pendant 10 heures à des températures variant de 700 à 100 °C afin d'éliminer les contraintes résiduelles et garantir la stabilité dimensionnelle. La structure de support est ensuite retirée et le composant séparé du plateau de construction. À l'étape suivante, les surfaces sont polies à l'aide d'un procédé mécanique et physico-chimique combiné, ce qui augmente considérablement la résistance à la fatigue et la durabilité à long terme du composant. Enfin, les contours de toutes les surfaces fonctionnelles, comme les chambres de pistons ou les filetages, sont usinés. Cette opération, qui nécessite 11 heures supplémentaires, est réalisée dans une fraiseuse 5 axes.

Il en résulte un composant très filigrané avec des parois d'une épaisseur comprise entre 1 mm au minimum et 4 mm au maximum.

Les essais sur véhicule en vue de l'utilisation en série du composant en titane produit par impression 3D débuteront au premier semestre de cette année.

  
  
  

Crédit photos: 2018 Bugatti Automobiles S.A.S.

Eric Houguet, 22/01/2018
   
 

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