Introduction : Système de dureté Shore des matériaux flexibles
Le TPU (polyuréthane thermoplastique) est le matériau flexible le plus largement utilisé dans l'impression 3D FDM. Ses principales caractéristiques sont une plage de dureté réglable et une excellente élasticité. La dureté Shore est une norme pour mesurer la dureté des matériaux flexibles et est divisée en deux échelles : Shore A (pour le caoutchouc souple) et Shore D (pour le caoutchouc dur). La plage de dureté des matériaux TPU pour l'impression FDM est généralement de 60A à 95A (Shore A), couvrant une large gamme allant du « caoutchouc souple » à la « semelle dure ». Pour chaque augmentation de 5A de la dureté Shore, la rigidité du matériau augmente d'environ 15 à 20 % et le module élastique augmente de 20 à 30 %. Le choix de la dureté appropriée est la première étape de la conception de pièces élastiques, qui détermine directement les propriétés clés telles que l'étanchéité, l'amortissement et la résistance à l'usure des pièces.
Comparaison des performances du TPU avec différentes duretés
Shore 60A-70A (TPU souple) : il est doux au toucher, semblable à une gomme ou à un silicone souple. L'allongement à la rupture est de 500 à 700 %, le module d'élasticité est de 2 à 5 MPa et la déformation permanente par compression est importante (20 à 30 %). Convient à la fabrication de joints souples, de coussinets amortisseurs, de charnières souples et de manchons de protection flexibles. Les inconvénients sont une faible résistance à l'usure et une faible résistance à la déchirure. Shore 80A-85A (TPU de dureté moyenne) : sensation moyenne, similaire aux pneus de voiture ou aux semelles de chaussures de sport. L'allongement à la rupture est de 400 à 600 %, le module d'élasticité est de 10 à 20 MPa et la déformation permanente par compression est de 15 à 20 %. Il s’agit de la gamme de dureté la plus utilisée et convient à la fabrication de bagues d’étanchéité, d’amortisseurs, de pièces résistantes à l’usure et de boucles élastiques. Bilan global des performances. Shore 90A-95A (TPU semi-rigide) : il est dur au toucher, semblable à celui des semelles dures ou des plastiques techniques. L'allongement à la rupture est de 200 à 400 %, le module d'élasticité est de 30 à 60 MPa et la déformation permanente par compression est de 10 à 15 %. Convient à la fabrication de joints rigides, de charnières techniques, d'engrenages résistants à l'usure et de supports semi-rigides. Il est proche des performances des plastiques techniques tout en conservant son élasticité. La dureté du TPU au-dessus de Shore 95A est proche de celle du plastique dur et son avantage en matière d'élasticité est affaibli. Des matériaux rigides tels que le nylon ou l'ABS sont généralement utilisés à la place.
Conception des bagues d'étanchéité et sélection de la dureté
Les bagues d'étanchéité sont l'une des applications les plus courantes de l'impression TPU. Principe de sélection de la dureté : les joints statiques (tels que les joints toriques et les joints) peuvent choisir une dureté plus douce (70A-80A), ce qui permet d'obtenir une étanchéité sous une petite quantité de compression ; les joints dynamiques (tels que les joints de piston, les joints rotatifs) doivent choisir une dureté moyenne (85A-90A) pour équilibrer l'étanchéité et la résistance à l'usure ; les joints haute pression (tels que les systèmes hydrauliques) doivent choisir une dureté plus dure (90A-95A) pour éviter une déformation excessive conduisant à une défaillance du joint. Points de conception : Il est recommandé que la forme de la section transversale de la bague d'étanchéité soit circulaire (en forme de O) ou rectangulaire (joint plat) pour éviter la concentration de contraintes causée par des formes complexes ; la taille de la rainure d'étanchéité doit être calculée avec précision et la compression de la bague d'étanchéité est généralement de 10 à 25 % ; la direction d'impression recommande que la surface d'étanchéité soit perpendiculaire à la direction du grain de la couche pour éviter les fuites causées par la séparation entre les couches ; la surface d'étanchéité peut être recouverte d'huile ou de graisse de silicone pour réduire la friction et prolonger la durée de vie. Cas : Une entreprise de vérins hydrauliques a utilisé du TPU 85A pour imprimer des joints de piston afin de remplacer les pièces d'origine moulées par injection en caoutchouc nitrile. Le coût a été réduit de 70 % et le cycle de livraison a été raccourci de 2 semaines à 1 jour.
Conception des coussinets amortisseurs et performances d'amortissement
La conception des coussinets amortisseurs doit prendre en compte des facteurs tels que l'absorption de l'énergie d'impact, la vitesse de rebond, la durée de vie en fatigue, etc. Principe de sélection de la dureté : pour les environnements de vibrations à haute fréquence (tels que les bases de moteur), choisissez une dureté plus dure (85A-90A) pour fournir un support rigide suffisant ; pour les environnements d'impact à basse fréquence (tels que les tampons tampons), choisissez une dureté plus douce (70A-80A) pour offrir une meilleure absorption d'énergie ; Les équipements lourds (tels que les bases de machines-outils) nécessitent une conception multicouche : le TPU 90A-95A est utilisé pour la couche inférieure pour fournir un support, et le 80A-85A est utilisé pour la couche intermédiaire, le TPU absorbe les chocs, et la couche superficielle utilise le TPU 70A-75A pour protéger le sol. Conception géométrique : les coussinets amortisseurs sont généralement conçus sous une forme cylindrique ou prismatique, avec une épaisseur de paroi de 8 à 15 mm. L'épaisseur de paroi recommandée est de 8 à 15 mm. S'il est trop fin, l'effet d'absorption des chocs sera médiocre, et s'il est trop épais, la stabilité sera insuffisante. Une structure en nid d'abeille ou une structure creuse peut être conçue en interne pour augmenter le degré de compression et réduire la rigidité. La surface peut être conçue avec des textures antidérapantes (telles que des motifs en losange et des motifs ondulés) pour augmenter la friction et empêcher le déplacement. Test de performance : Il est recommandé de tester la déformation permanente en compression selon la norme ISO 4652 (doit être 100 000 cycles).
Paramètres clés pour l'impression FDM de TPU
L'impression TPU est plus difficile. Le principal défi réside dans le fait que la souplesse du matériau entraîne une mauvaise alimentation du fil et un colmatage des buses. Exigences en matière d'équipement : Il est recommandé d'utiliser une extrudeuse Bowden ou une extrudeuse à entraînement direct. L'entraînement direct est plus adapté au TPU souple (5 000 heures. Cas 3 : Une entreprise d'équipement sportif utilise du TPU 90A pour imprimer des coussinets amortisseurs de chocs sur un tapis roulant afin de remplacer les coussinets en caoutchouc d'origine. L'effet d'absorption des chocs est augmenté de 15 % et le poids est réduit de 30 %. Cas 4 : Une entreprise de jouets utilise du TPU 65A pour imprimer des joints de poupées souples afin d'obtenir une impression intégrée des charnières mobiles, réduisant ainsi le temps d'assemblage de 80 %. Suggestions de conception : l'épaisseur de paroi des pièces en TPU doit être uniforme pour éviter la concentration de contraintes causée par des changements soudains ; la conception de la boucle doit prendre en compte la récupération élastique du matériau, et il est recommandé que le montant de la précharge soit de 15 à 25 % ; il est recommandé d'utiliser un ajustement serré ou un adhésif (tel que le cyanoacrylate) pour connecter le TPU à d'autres matériaux, car l'effet de connexion filetée est médiocre.
Soumettez un modèle, un dessin, une image ou des notes écrites. Les ingénieurs examineront le matériau, le processus, les finitions et la livraison en fonction de l'utilisation réelle.