FR3093153A1 - Additive manufacturing process for a friction lining - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication additif d’une garniture de frottement L’invention concerne un procédé de fabrication additif d’une garniture de frottement, notamment pour embrayage comprenant les étapes suivantes : fourniture de produits de départ comprenant un matériau réactif organique, des charges et/ou des fibres continues,formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif, puispressage à chaud de la préforme obtenue à l’issue de l’étape b). Figure pour l’abrégé : Figure 1b Additive manufacturing process of a friction lining The invention relates to a method for the additive manufacture of a friction lining, in particular for a clutch, comprising the following steps: providing starting materials comprising an organic reactive material, fillers and/or continuous fibers, forming a friction lining preform from said starting materials and using an additive manufacturing device, then pressing hot of the preform obtained at the end of step b). Figure for abstract: Figure 1b
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication additif d’une garniture de frottement en tant que matériau composite, notamment pour embrayage de véhicules automobiles, tels que les véhicules de tourisme ou les véhicules industriels. L’invention concerne également une garniture de frottement obtenue par un tel procédé.The present invention relates to a process for the additive manufacture of a friction lining as a composite material, in particular for the clutch of motor vehicles, such as passenger vehicles or industrial vehicles. The invention also relates to a friction lining obtained by such a process.
Par exemple, un embrayage de véhicule automobile comprend, d'une manière générale, un disque de frottement ou de friction portant sur chacune de ses faces des garnitures de frottement fixées à un support éventuellement commun, le support étant fixé à un moyeu cannelé en prise avec un arbre d'entrée d’une boîte de vitesses. La transmission peut également avoir lieu à l’aide d’un embrayage humide (simple ou double par exemple).For example, a motor vehicle clutch comprises, in general, a friction or friction disc carrying on each of its faces friction linings fixed to a possibly common support, the support being fixed to a splined hub in engagement with an input shaft of a gearbox. The transmission can also take place using a wet clutch (single or double for example).
Généralement, les garnitures de friction sont fabriquées à partir d’un moule de compression. Une garniture de frottement comprend un matériau de frottement avec une face de fixation en regard du support, et une face de frottement plane opposée à la face de fixation et apte à contacter un contre-matériau, tel qu’un plateau de réaction ou un plateau de pression de l’embrayage, pour transmettre le couple moteur.Generally, friction linings are made from a compression mold. A friction lining comprises a friction material with a fixing face facing the support, and a flat friction face opposite the fixing face and capable of contacting a counter-material, such as a reaction plate or a pressure from the clutch, to transmit the engine torque.
Chaque garniture de frottement se présentant classiquement sous forme d’une préforme de type anneau plat est réalisée par compression d'un mélange de fils imprégnés d'une résine thermodurcissable et de charges. Une garniture de friction est un élément qui entre en friction avec un autre corps et qui possède des propriétés physiques et mécaniques qui lui permettent de supporter de fortes contraintes mécaniques et thermiques. La composition, la forme, et les dimensions des garnitures de frottement sont importantes.Each friction lining, conventionally in the form of a flat ring-type preform, is made by compressing a mixture of yarns impregnated with a thermosetting resin and fillers. A friction lining is an element which comes into friction with another body and which has physical and mechanical properties which allow it to withstand high mechanical and thermal stresses. The composition, shape, and dimensions of the friction linings are important.
Un tel procédé de fabrication par compression comporte généralement des opérations comprenant notamment la préparation du mélange, la mise en forme annulaire, le moulage par compression, la cuisson afin d’obtenir la polymérisation de certains de ces composants éventuellement suivie d’une opération de post-cuisson, la rectification et éventuellement le perçage pour une fixation de la garniture de frottement par rivetage.Such a manufacturing process by compression generally comprises operations comprising in particular the preparation of the mixture, the annular shaping, the molding by compression, the cooking in order to obtain the polymerization of some of these components optionally followed by a post -cooking, grinding and possibly drilling for fixing the friction lining by riveting.
Un des inconvénients liés à ce type de procédé de fabrication réside dans le coût important de l’outillage nécessaire en particulier celui des moules de production. Un autre inconvénient réside dans la difficulté de pouvoir réaliser des pièces selon une géométrie particulière et de faible épaisseur sans ajout de matière supplémentaires qui sera ensuite usinée pour rectifier les surfaces et les formes, en lien avec la taille des fibres utilisées. Dans le cas des garnitures de frottement humide, il existe également de nombreuses opérations de découpe de papier qui entrainent beaucoup de pertes.One of the disadvantages associated with this type of manufacturing process lies in the high cost of the necessary tools, in particular that of the production moulds. Another disadvantage lies in the difficulty of being able to produce parts according to a particular geometry and of low thickness without adding additional material which will then be machined to rectify the surfaces and the shapes, in connection with the size of the fibers used. In the case of wet rubbing linings, there are also many paper cutting operations that cause a lot of waste.
La présente invention vise donc à fournir un procédé de fabrication de garniture de frottement ayant un coût moins élevé que ceux de l’art antérieur en utilisant uniquement la matière suffisante et nécessaire à la réalisation de la pièce, sa mise en forme et sa structure.The present invention therefore aims to provide a friction lining manufacturing process having a lower cost than those of the prior art by using only the material sufficient and necessary for the production of the part, its shaping and its structure.
A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication additif d’une garniture de frottement, notamment pour embrayage comprenant les étapes suivantes :
- fourniture de produits de départ comprenant un matériau réactif organique, des charges et/ou des fibres continues,
- formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif, puis
- pressage à chaud de la préforme obtenue à l’issue de l’étape b).
- supply of starting materials comprising an organic reactive material, fillers and/or continuous fibers,
- forming a friction lining preform from said starting materials and using an additive manufacturing device, then
- hot pressing of the preform obtained at the end of step b).
Le procédé selon la présente invention permet ainsi de produire des garnitures de frottement en n’utilisant que la quantité nécessaire et suffisante à leur fabrication. En raison de l’optimisation du nombre d’opérations de fabrication, le procédé permet d’améliorer le rendement de matière et les gains de surface industrielle. Un tel procédé permet également par impression 3D d’obtenir une garniture de frottement dans laquelle la porosité a été contrôlée. En effet, la porosité de la garniture de frottement est étroitement liée avec le mode d’assemblage des produits de départs que sont les charges et le matériau réactif organique, ainsi qu’aux conditions de pressage en température. La fabrication additive, c'est-à-dire couche par couche permet par exemple d’avoir des couches de matériau de friction différentes dans l’épaisseur sans interpénétration de matières.The method according to the present invention thus makes it possible to produce friction linings using only the quantity necessary and sufficient for their manufacture. Due to the optimization of the number of manufacturing operations, the process makes it possible to improve the yield of material and the gains in industrial surface. Such a process also makes it possible, by 3D printing, to obtain a friction lining in which the porosity has been controlled. Indeed, the porosity of the friction lining is closely linked with the mode of assembly of the starting products that are the fillers and the organic reactive material, as well as with the temperature pressing conditions. Additive manufacturing, i.e. layer by layer, makes it possible, for example, to have layers of friction material that are different in thickness without interpenetration of materials.
Pouvoir contrôler la porosité est important car il devient alors possible de modifier le coefficient de frottement dynamique, or il a été démontré dans l’art antérieur que la perméabilité aux fluides a l’effet le plus significatif sur le frottement dynamique des matériaux de frottement humide.Being able to control the porosity is important because it then becomes possible to modify the dynamic coefficient of friction, yet it has been shown in the prior art that fluid permeability has the most significant effect on the dynamic friction of wet friction materials. .
La présente invention a également pour objet une garniture de frottement obtenue à l’aide du procédé selon la présente invention.The present invention also relates to a friction lining obtained using the method according to the present invention.
Enfin, la présente invention a pour objet un composant de synchronisation de vitesse pour groupe motopropulseur de véhicule, comprenant une garniture de frottement obtenue à l’aide du procédé selon la présente invention, le composant étant choisi parmi un embrayage, un frein, un limiteur de couple, un convertisseur de couple et un synchroniseur de boîte de vitesses, en particulier les boites de vitesses à double embrayage.Finally, the subject of the present invention is a speed synchronization component for a vehicle powertrain, comprising a friction lining obtained using the method according to the present invention, the component being chosen from among a clutch, a brake, a limiter of torque, a torque converter and a gearbox synchronizer, in particular dual-clutch gearboxes.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée accompagnée des figures suivantes :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description accompanied by the following figures:
La
La
La
La
La
La
Les procédés de fabrication additif également appelés impression 3D permettent la fabrication de tout type de matériaux selon des formes complexes et avec un coût bien moins élevé car il n’y a pas besoin de fabriquer de moule et la quantité de rebus est très faible. La conception de l’objet grâce à un outil de conception assistée par ordinateur (CAO) est tout d’abord réalisé. Le fichier 3D obtenu est ensuite traité par un logiciel spécifique qui organise le découpage en tranches des différentes couches nécessaires à la réalisation de la pièce. Le découpage est alors envoyé à l'imprimante 3D qui dépose par exemple par extrusion ou solidifie la matière couche par couche selon le type de fabrication additive jusqu'à obtenir la pièce finale, en opposition à l’usinage qui retire de la matière. En libérant les concepteurs des contraintes liées à l’enlèvement de matière, en leur permettant de concevoir un objet en plaçant la matière uniquement aux endroits où elle est nécessaire et en leur donnant un accès rapide à la réalisation de formes optimisées pour une application, telles que des profils de rainures spécifiques, l’impression 3D offre de nombreux avantages.Additive manufacturing processes, also called 3D printing, allow the manufacture of all types of materials in complex shapes and at a much lower cost because there is no need to manufacture a mold and the amount of scrap is very low. The design of the object using a computer-aided design (CAD) tool is first carried out. The 3D file obtained is then processed by specific software which organizes the cutting into slices of the different layers necessary for the production of the part. The cutting is then sent to the 3D printer which deposits, for example, by extrusion or solidifies the material layer by layer depending on the type of additive manufacturing until the final part is obtained, as opposed to machining which removes material. By freeing designers from the constraints of material removal, allowing them to design an object by placing material only where it is needed, and giving them quick access to making shapes optimized for an application, such as than specific groove profiles, 3D printing offers many advantages.
De manière conventionnelle, le matériau utilisé est une résine thermoplastique composée de copolymères acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) ou polylactides (PLA) car elle peut être déposée en couche fondue pour former la pièce finale. Ce type de résine pose cependant un problème lié à la présence de micropore et d’anisotropie importante qui limitent la fonctionnalité de la pièce. En effet, il devient très difficile lors de la suite du procédé d’impression de corriger ces défauts. En outre, les thermoplastiques ne permettent pas de satisfaire les conditions requises liées à la rigidité du système et à la résistance à haute température, les thermoplastiques n’étant pas adaptés aux contraintes thermiques de matériaux pour embrayage, au moins jusqu’à 350°C. L’étape de pressage requiert donc des matériaux de départ adaptés à la fabrication de garniture de frottement.Conventionally, the material used is a thermoplastic resin composed of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) or polylactides (PLA) copolymers because it can be deposited in a molten layer to form the final part. However, this type of resin poses a problem related to the presence of micropores and significant anisotropy which limit the functionality of the part. Indeed, it becomes very difficult during the rest of the printing process to correct these defects. In addition, thermoplastics do not make it possible to satisfy the required conditions relating to the rigidity of the system and to the resistance to high temperature, the thermoplastics not being adapted to the thermal stresses of materials for clutch, at least up to 350°C. . The pressing step therefore requires starting materials suitable for the manufacture of friction lining.
Le procédé selon la présente invention permet ainsi à partir de produits de départ comprenant un matériau réactif organique et des charges fournis lors de l’étape a) de former lors de l’étape b) une préforme de garniture de frottement à l’aide d’un dispositif de fabrication additif.The process according to the present invention thus makes it possible, from starting products comprising an organic reactive material and fillers provided during step a), to form during step b) a friction lining preform using an additive manufacturing device.
Avantageusement, au moins deux des produits de départ sont séparés ou mélangés.Advantageously, at least two of the starting products are separated or mixed.
Lorsqu’au moins deux produits de départ sont séparés, chaque produit de départ peut alors former une couche indépendante des autres couches de la préforme, l’ensemble étant alors consolidé ultérieurement sous pression et thermodurcissement. C’est par exemple le cas lorsque les charges sont d’un côté et la résine en tant que matériau réactif organique de l’autre.When at least two starting products are separated, each starting product can then form a layer independent of the other layers of the preform, the assembly then being subsequently consolidated under pressure and thermosetting. This is for example the case when the fillers are on one side and the resin as an organic reactive material on the other.
Deux produits de départ peuvent également être mélangés. Par exemple, le matériau réactif organique et les charges peuvent également être sous forme d’un mélange liquide ou d’un mélange pré-fondu en petits granulés de résines et de charges (granules mélangés par pré-fusion à la charge organique) qui sera extrudé par la tête d’impression. Il est également possible d’avoir le matériau réactif organique mélangé avec une ou plusieurs charges d’un côté et un second mélange de charges de l’autre.Two starting materials can also be mixed. For example, the organic reactive material and fillers can also be in the form of a liquid mixture or a pre-melted mixture of small granules of resins and fillers (granules mixed by pre-fusion to the organic filler) which will be extruded by the print head. It is also possible to have the organic reactive material mixed with one or more fillers on one side and a second mixture of fillers on the other.
Avantageusement, le matériau réactif organique est choisi parmi les résines thermodurcissables, les résines élastomères et leurs mélanges. De préférence, la résine est choisie parmi les résines phénolique, époxy, mélamine, formaldéhyde et leurs mélanges. De manière encore plus préférée, la résine est une résine phénolique.Advantageously, the organic reactive material is chosen from thermosetting resins, elastomeric resins and mixtures thereof. Preferably, the resin is chosen from phenolic, epoxy, melamine, formaldehyde resins and mixtures thereof. Even more preferably, the resin is a phenolic resin.
Avantageusement, les charges sont choisies parmi les charges organiques, inorganiques, fibres coupées, les fibres en poudre et leurs mélanges.Advantageously, the fillers are chosen from organic fillers, inorganic fillers, chopped fibers, powdered fibers and mixtures thereof.
Par charge, on entend au sens de la présente invention, une substance solide, non miscible et dispersée par un moyen mécanique dans une matrice.By filler is meant within the meaning of the present invention, a solid substance, immiscible and dispersed by mechanical means in a matrix.
De préférence, les charges organiques et inorganiques sont choisies parmi les métaux, les plastiques, les céramiques, le verre et leurs mélanges.Preferably, the organic and inorganic fillers are chosen from metals, plastics, ceramics, glass and mixtures thereof.
De préférence, les charges organiques sont choisies parmi le graphite, le noir de carbone, le caoutchouc NBR, i.e. caoutchouc nitrile-butadiène, la noix de cajou, le charbon actif, les terres de diatomées et leurs mélanges. De préférence, les charges inorganiques sont choisies parmi les sulfures métalliques, le sulfate de baryum et leurs mélanges.Preferably, the organic fillers are chosen from graphite, carbon black, NBR rubber, i.e. nitrile-butadiene rubber, cashew nuts, activated carbon, diatomaceous earth and mixtures thereof. Preferably, the inorganic fillers are chosen from metal sulphides, barium sulphate and mixtures thereof.
De préférence, les fibres (continues ou non) sont des fibres synthétiques ou naturelles. De préférence, les fibres sont choisies parmi les fibres de verre, d’acrylonitrile, de carbone, d’aramide, de cuivre, de laiton, de coton de cellulose et leurs mélanges. Les fibres utilisées en tant que charge c'est-à-dire les fibres coupées et en poudre sont de tailles courtes, c'est-à-dire de longueur inférieure à 10 mm en opposition avec les fibres continues qui ne rentrent pas dans la définition de charge.Preferably, the fibers (continuous or not) are synthetic or natural fibers. Preferably, the fibers are chosen from among fibers of glass, acrylonitrile, carbon, aramid, copper, brass, cellulose cotton and mixtures thereof. The fibers used as filler, i.e. chopped and powdered fibers, are of short size, i.e. of length less than 10 mm, in contrast to continuous fibers which do not fit into the load definition.
Avantageusement, les produits de départ peuvent également comprendre des plastifiants. Les plastifiants sont des molécules incorporées par des moyens mécaniques (par exemple pultrusion) entre les macromolécules, pour diminuer les forces de liaison qui les associent; ainsi le mélange, notamment de résines thermodurcissables préfondues deviennent souples, d'autant plus que le taux de plastifiant est élevé. Cela peut avoir un avantage dans l'impression additive. Le taux de plastifiant entre typiquement compris entre 1 et 10% massique du mélange de résine.Advantageously, the starting products can also comprise plasticizers. Plasticizers are molecules incorporated by mechanical means (e.g. pultrusion) between macromolecules, to decrease the bonding forces that associate them; thus the mixture, in particular of pre-melted thermosetting resins, becomes flexible, especially as the level of plasticizer is high. This can have an advantage in additive printing. The level of plasticizer is typically between 1 and 10% by mass of the resin mixture.
Dans le cadre de la présente invention, la géométrie de la préforme obtenue par le dispositif de fabrication additif est définie sur son périmètre, sa forme et son épaisseur. Dans le cadre de garniture de frottement à sec, la préforme possède typiquement une forme annulaire classique. Dans le cadre de garniture de frottement humide, il est alors possible d’imprimer une garniture de forme annulaire avec des plots de forme complexe autre que les formes classiques circulaire, elliptique, trapézienne ou triangulaire. Typiquement, l’épaisseur finale de la garniture de frottement imprimée est comprise entre 0,5 et 7mm et dépend de l’application choisie (à sec ou humide).In the context of the present invention, the geometry of the preform obtained by the additive manufacturing device is defined on its perimeter, its shape and its thickness. In the context of dry friction lining, the preform typically has a conventional annular shape. In the context of wet friction lining, it is then possible to print an annular-shaped lining with studs of complex shape other than the classic circular, elliptical, trapezian or triangular shapes. Typically, the final thickness of the printed friction lining is between 0.5 and 7mm and depends on the chosen application (dry or wet).
Avantageusement, le dispositif de fabrication additif met en œuvre une impression par dépôt de matière fondue (plus connue sous le nom anglais de FDM pour Fused Deposition Modeling), par jet de liant (plus connue sous le nom anglais de BJ pour Binder Jetting) ou par jet de matière (plus connue sous le non anglais de MJ pour Material Jetting).Advantageously, the additive manufacturing device implements printing by deposition of molten material (better known under the English name of FDM for Fused Deposition Modeling), by binder jetting (better known under the English name of BJ for Binder Jetting) or by material jetting (better known as MJ for Material Jetting).
Avantageusement, la formation de la préforme lors de l’étape b) est réalisée sur au moins une face d’une structure de base. La structure de base permet de maintenir le niveau de résistance mécanique et de stabilité géométrique des formes des surfaces frottantes dans le domaine des disques de friction.Advantageously, the formation of the preform during step b) is carried out on at least one face of a base structure. The basic structure makes it possible to maintain the level of mechanical resistance and geometric stability of the shapes of the friction surfaces in the area of the friction discs.
Avantageusement, la structure de base est l’un d’un support métallique par exemple du type acier, d’une structure tissée à base de fibres organiques sur un support plan et d’un papier à base de fibres organiques. Les fibres organiques sont choisies parmi les fibres de cellulose (coton, lin, chanvre, fibres de bois…), aramide, et carbone.Advantageously, the basic structure is one of a metal support, for example of the steel type, a woven structure based on organic fibers on a flat support and a paper based on organic fibers. The organic fibers are chosen from cellulose fibers (cotton, linen, hemp, wood fibers, etc.), aramid, and carbon.
Lorsque la structure de base est un papier à base de fibres organiques, la formation de la préforme par fabrication additif est de préférence réalisée sur les deux faces du papier.When the base structure is a paper based on organic fibers, the formation of the preform by additive manufacturing is preferably carried out on both sides of the paper.
Avantageusement, un adhésif tel que de la colle est appliqué sur la structure de base avant l’impression additive de la préforme sur la structure. Cela a pour avantage de remplacer le mécanisme de fixation habituel par rivets et de permettre l’adhésion entre le support et la préforme imprimée, après traitement thermique par réticulation de la colle. Une interpénétration de micro-matériel de la préforme avec le support, notamment lorsque le support est une structure tissée ou un papier peut également compléter ou remplacer l’utilisation d’adhésif.Advantageously, an adhesive such as glue is applied to the base structure before the additive printing of the preform on the structure. This has the advantage of replacing the usual fixing mechanism by rivets and of allowing adhesion between the support and the printed preform, after heat treatment by crosslinking of the glue. An interpenetration of micro-material of the preform with the support, in particular when the support is a woven structure or a paper can also supplement or replace the use of adhesive.
Après la formation de la préforme d’une garniture de frottement à l’aide du dispositif de fabrication additif lors de l’étape b), le procédé comprend avantageusement une étape b’) réalisée après l’étape b) et avant l’étape c) consistant en un préchauffage de la préforme obtenue à l’issue à l’étape b). Le préchauffage est réalisé à une température inférieure ou égale à 120°C, de préférence à une température comprise entre 60 et 120°C. Cette étape est typiquement réalisée sans application de pression.After the formation of the preform of a friction lining using the additive manufacturing device during step b), the method advantageously comprises a step b′) carried out after step b) and before step c) consisting of preheating the preform obtained at the end of step b). The preheating is carried out at a temperature less than or equal to 120°C, preferably at a temperature between 60 and 120°C. This step is typically performed without applying pressure.
Cette étape b’) permet de pré-polymériser la préforme et d’arriver à une phase gel dans laquelle le matériau réactif organique tel que la résine est réticulé à au moins 60%. Selon le type de garniture de frottement que l’on cherche à obtenir, cette étape de préchauffage permet d’obtenir une pièce répondant au critère de durabilité qui est définie par une résistance à l’écrasement.This step b′) makes it possible to pre-polymerize the preform and to arrive at a gel phase in which the reactive organic material such as the resin is crosslinked to at least 60%. Depending on the type of friction lining to be obtained, this preheating step makes it possible to obtain a part that meets the durability criterion, which is defined by crushing resistance.
La dernière étape c) du procédé selon l’invention permet de rendre apte la garniture à une utilisation en tant que garniture de frottement. Cette étape consiste en un pressage à chaud de la préforme obtenue à l’issue de l’étape b). En effet, l’étape de pressage est nécessaire afin de mettre en forme la garniture avant son application et permet notamment d’obtenir la densité et porosité recherchées.The last step c) of the process according to the invention makes it possible to make the lining suitable for use as a friction lining. This step consists of hot pressing the preform obtained at the end of step b). Indeed, the pressing step is necessary in order to shape the filling before its application and allows in particular to obtain the desired density and porosity.
L’étape de pressage est réalisée à une température comprise entre 150 et 270°C, de préférence entre 180 et 220°C. Pour des garnitures de frottement humide, la pression est typiquement comprise entre 5 et 30 bars, de préférence entre 10 et 20 bars tandis que pour des garnitures de frottement à sec la pression est typiquement comprise entre 250 et 320 bars. L’homme du métier saura donc adapter et choisir les valeurs de pression en fonction du type de garniture de frottement qu’il cherche à fabriquer.The pressing step is carried out at a temperature between 150 and 270°C, preferably between 180 and 220°C. For wet friction linings, the pressure is typically between 5 and 30 bars, preferably between 10 and 20 bars, while for dry friction linings the pressure is typically between 250 and 320 bars. A person skilled in the art will therefore know how to adapt and choose the pressure values according to the type of friction lining he is seeking to manufacture.
Dans le cadre de la présente invention, le procédé peut comprendre en outre une étape d) consistant en un usinage ou en un nettoyage de bordures par laser de la pièce obtenue à l’issue de l’étape c). Cette étape permet d’éliminer le léger excédent obtenu après l’étape c) de pression à chaud.In the context of the present invention, the method may also comprise a step d) consisting of laser machining or cleaning of the edges of the part obtained at the end of step c). This step makes it possible to eliminate the slight excess obtained after step c) of hot pressing.
La garniture de frottement obtenue a typiquement un diamètre extérieure inférieure ou égale à 360 mm et un diamètre intérieur supérieure ou égale à 80 mm.The friction lining obtained typically has an outside diameter less than or equal to 360 mm and an inside diameter greater than or equal to 80 mm.
Des exemples de garnitures de frottement obtenues selon différents modes de réalisation du procédé selon l’invention (les pourcentages exprimés étant des pourcentages en poids) sont présentés ci-après.Examples of friction linings obtained according to different embodiments of the process according to the invention (the percentages expressed being percentages by weight) are presented below.
Exemple 1: Garniture de frottement humide obtenue par jet de liant (figure 1a et 1b) Example 1 : Wet friction lining obtained by binder jetting (figure 1a and 1b)
Une garniture de frottement humide A telle que présentée à la figure 1a a été préparée selon le procédé additif de la présente invention et comprend les étapes suivantes :A wet friction lining A as shown in Figure 1a was prepared according to the additive process of the present invention and comprises the following steps:
a) Fourniture de produits de départ décrits dans le tableau 1 ci-dessous, les charges et le matériau réactif étant séparées (les charges étant quant à elles mélangées entre elles).a) Supply of starting materials described in Table 1 below, the fillers and the reactive material being separated (the fillers being mixed together).
b) Formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif par jet de liant sur un support en acier 1 sur lequel a été préalablement appliqué une couche de colle 2. L’imprimante projette couche après couche la résine 4, sur un lit de charges préalablement étalé 3, afin d’agglomérer les particules qui constitueront la pièce au final. La projection est faite par des têtes d’impression, également appelées buses qui vont balayer l’ensemble du lit de charges et projeter de façon sélective la résine dans les zones où des pièces doivent être fabriquées. L’alternance des couches de résine et de charges permet de générer une porosité contrôlée (60% volumique à ce stade-là).b) Formation of a friction lining preform from said starting products and using a binder jetting additive manufacturing device on a steel support 1 on which a layer of adhesive 2 has been previously applied The printer projects layer after layer of resin 4 onto a previously spread bed of fillers 3, in order to agglomerate the particles which will ultimately constitute the part. The projection is made by print heads, also called nozzles, which will scan the entire bed of fillers and selectively project the resin in the areas where parts must be manufactured. The alternation of layers of resin and fillers makes it possible to generate a controlled porosity (60% by volume at this stage).
b’) Préchauffage de la préforme obtenue à l’issue à l’étape b) à une température inférieure à 120°C. Cette étape permet la consolidation du liant et donne aux pièces une résistance suffisante pour être manipulées. Dès lors, les pièces sont extraites du lit de charges par des moyens de soufflage et d’aspiration.b') Preheating of the preform obtained at the end of step b) at a temperature below 120°C. This step consolidates the binder and gives the parts sufficient strength to be handled. From then on, the parts are extracted from the charge bed by means of blowing and suction.
c) Thermocompression entre 10 et 20 bars et 180 et 220°C pour conférer à la pièce sa porosité (50% volumique dans ce mode de réalisation) et ses propriétés mécaniques finales.c) Thermocompression between 10 and 20 bars and 180 and 220° C. to give the part its porosity (50% by volume in this embodiment) and its final mechanical properties.
En variante, une résine phénolique pré-chargée (par exemple avec des terres de diatomées) peut être utilisée en tant que matériau réactif organique.Alternatively, a phenolic resin pre-loaded (eg with diatomaceous earth) can be used as the organic reactive material.
Exemple 2: Garniture de frottement à sec obtenue par dépôt de matière fondue (figure 2a et 2b) Example 2 : Dry friction lining obtained by deposition of molten material (figures 2a and 2b)
Une garniture de frottement humide B telle que présentée à la figure 2a a été préparée selon le procédé additif de la présente invention et comprend les étapes suivantes :A wet friction lining B as shown in Figure 2a was prepared according to the additive process of the present invention and comprises the following steps:
a) Fourniture de produits de départ décrits dans le tableau 2 ci-dessous, les charges et le matériau réactif étant mélangés sous forme d’un mélange préfondu en petits granulés de résines et de charges.a) Supply of starting materials described in Table 2 below, fillers and reactive material being mixed as a pre-melted mixture into small granules of resins and fillers.
b) Formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif par dépôt de matière fondue sur un support en acier 1 sur lequel a été préalablement appliqué une couche de colle 2. L’imprimante projette couche après couche selon le modèle enregistré dans l’imprimante le mélange 5 de résine et de charges. La projection est faite par des buses chauffées de manière à faire fondre le mélange préfondu en petits granulés de résines et de charges (selon les produits de départ la température est adaptée et typiquement choisie entre 70 et 120°C). Chaque couche venant se coller sur la précédente par re-fusion. Il est alors possible d’obtenir des plots 6 et des rainures 7 en alternance comme cela est représenté sur la figure 2b. La porosité mesurée à ce stade est de 20% volumique.b) Formation of a friction lining preform from said starting products and using an additive manufacturing device by deposition of molten material on a steel support 1 on which a layer of adhesive has been previously applied 2. The printer projects layer after layer according to the model saved in the printer the mixture 5 of resin and fillers. The projection is made by heated nozzles so as to melt the pre-melted mixture into small granules of resins and fillers (depending on the starting products, the temperature is adapted and typically chosen between 70 and 120°C). Each layer sticking to the previous one by re-fusion. It is then possible to obtain pads 6 and grooves 7 alternately as shown in Figure 2b. The porosity measured at this stage is 20% by volume.
c) Thermocompression entre 250 et 320 bars et 150 et 200°C pour conférer à la pièce sa porosité (inférieure à 10% volumique dans ce mode de réalisation) et ses propriétés mécaniques finales.c) Thermocompression between 250 and 320 bars and 150 and 200° C. to give the part its porosity (less than 10% by volume in this embodiment) and its final mechanical properties.
Exemple 3: Garniture de frottement à sec obtenue par dépôt de matière fondue (figure 3a et 3b) Example 3 : Dry friction lining obtained by deposition of molten material (figures 3a and 3b)
a) Fourniture de produits de départ décrits dans le tableau 3 ci-dessous, le matériau réactif et les fibres continues étant séparées (les fibres continues étant mélangées entres elles).a) Supply of starting materials described in Table 3 below, the reactive material and the continuous fibers being separated (the continuous fibers being mixed together).
b) Formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif à deux buses par dépôt de matière fondue (dans ce cas-là, seule la résine sera fondue, mais l’ensemble fibres + résine sera souple et collant) sur un support en acier 1 sur lequel a été préalablement appliqué une couche de colle 2. L’imprimante projette couche après couche et circonférentiellement le mélange 8 de fibres continues entourée de résine chargée 9 (une couche étant constituée d’un ensemble de fibres 8 continues entourée de résine chargée 9 par pultrusion dans la tête d’imprimante). Les traits en pointillées de la figure 3a représentant l’impression concentrique du fil extrudé. Chaque couche venant se coller sur la précédente par re-fusion. La porosité mesurée à ce stade est de 20% volumique.b) Formation of a friction lining preform from said starting materials and using a two-nozzle additive manufacturing device by melt deposition (in this case, only the resin will be melted, but the fiber + resin assembly will be flexible and sticky) on a steel support 1 on which a layer of glue 2 has been previously applied. The printer projects layer after layer and circumferentially the mixture 8 of continuous fibers surrounded by filled resin 9 (a layer consisting of a set of continuous fibers 8 surrounded by filled resin 9 by pultrusion in the printer head). The dotted lines in Figure 3a representing the concentric impression of the extruded yarn. Each layer sticking to the previous one by re-fusion. The porosity measured at this stage is 20% by volume.
c) Thermocompression entre 250 et 320 bars et 150 et 200°C pour conférer à la pièce sa porosité (inférieure à 10% volumique dans ce mode de réalisation) et ses propriétés mécaniques finale.c) Thermocompression between 250 and 320 bars and 150 and 200° C. to give the part its porosity (less than 10% by volume in this embodiment) and its final mechanical properties.
Claims (13)
- fourniture de produits de départ comprenant un matériau réactif organique, des charges et/ou des fibres continues,
- formation d’une préforme de garniture de frottement à partir desdits produits de départ et à l’aide d’un dispositif de fabrication additif, puis
- pressage à chaud de la préforme obtenue à l’issue de l’étape b).
- supply of starting materials comprising an organic reactive material, fillers and/or continuous fibers,
- forming a friction lining preform from said starting materials and using an additive manufacturing device, then
- hot pressing of the preform obtained at the end of step b).
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