John Deere se tourne vers l'impression 3D de pièces de moteur plus efficaces

Le nouveau tracteur de la série 6R de John Deere est doté d'un robinet de carburant imprimé en 3D.

Les nouveaux tracteurs John Deere qui sortent de la chaîne de fabrication de Mannheim, en Allemagne, présentent une première pour l'entreprise : une pièce de moteur en métal imprimée en 3D.

Le fabricant mondial d'équipements agricoles et d'entretien du gazon n'est pas étranger à l'impression 3D, puisqu'il l'utilise depuis plus de 20 ans pour fabriquer des milliers de prototypes, d'outils, de gabarits et de fixations dans ses usines mondiales. Mais la valve en acier inoxydable imprimée en 3D dans le système de carburant du tracteur est une nouvelle direction et fait partie de ce que l'entreprise appelle sa stratégie industrielle intelligente.

Lancé en 2020, John Deere a annoncé sa vision d'intégrer rapidement les nouvelles technologies dans trois domaines prioritaires : les systèmes de production, leur pile technologique et les solutions de cycle de vie.

L’impression 3D fait partie de cette vision, et cette valve en est l’un des premiers fruits. C'est plus efficace que s'il était fabriqué de manière traditionnelle. C'est environ 50 % moins cher et nettement plus petit, utilisant moins de matériaux. Mais cela ne fait qu’effleurer la raison pour laquelle John Deere a choisi d’imprimer cette pièce en 3D.

John Deere a imprimé en 3D des milliers de vannes de dérivation thermique pour ses nouveaux tracteurs des séries 6R et 6M.

La première d’une longue série de pièces imprimées en 3D

La nouvelle vanne de dérivation thermique sur les dernières versions des tracteurs John Deere 6R et 6M n'est pas seulement une application innovante d'une technologie d'impression 3D métallique de plus en plus accessible, c'est l'aboutissement d'environ deux années de R&D.

Tout a commencé par un défi : garantir que les tracteurs John Deere fonctionneraient dans des environnements froids. Les ingénieurs ont été chargés de développer une valve capable de maintenir la température du carburant sans affecter les performances du moteur.

« Tout d'abord, vous commencez par ce que vous voulez que la pièce fasse », explique Udo Scheff, directeur de l'ingénierie pour les tracteurs de petite et moyenne taille de John Deere, « et vous travaillez à l'optimisation de la dynamique des fluides computationnelle et à la simulez dans le monde virtuel, puis vous transférez cela. dans les conceptions numériques d’un modèle prototype.

Le modèle prototype idéalisé, celui qui permettait au carburant de s'écouler avec la plus grande efficacité, avait des canaux internes arrondis et lisses. Selon Scheff, une fonctionnalité ne peut être créée qu'avec l'impression 3D.

« En dynamique des fluides, lorsque vous avez deux perçages qui se croisent, vous avez toujours des angles vifs si vous utilisez des outils d'usinage. Avec l’impression 3D, vous pouvez avoir des coins arrondis, ce qui est l’élément qui nous a permis de franchir une nouvelle étape dans l’optimisation de la vanne.

Pour tester si la pièce fonctionnerait comme prévu, les ingénieurs de John Deere ont travaillé avec le personnel de fabrication additive de la société allemande GKN Additive (Forecast 3D), un fabricant numérique de pièces et de matériaux métalliques, afin d'optimiser davantage la conception du robinet de carburant pour l'impression 3D métallique. . GKN a imprimé des prototypes de vannes en acier sur la nouvelle imprimante 3D métal de HP HPQ, la solution Metal Jet S100. Cette imprimante utilise l'une des technologies d'impression 3D métal – il en existe plusieurs – appelée jet de liant, où une poudre métallique est assemblée avec un liant couche après couche pour former une pièce qui est ensuite frittée dans un four de qualité industrielle. Ensuite, la pièce est usinée et assemblée.

Ingénieurs de conception à l'usine John Deere de Mannheim, en Allemagne.

La vanne de dérivation thermique a subi des tests rigoureux afin de garantir la qualité des tuyaux requise, qui est égale à celle du métal usiné ou moulé à modèle perdu. Les tests sur le terrain de la pièce ont également été un succès.

"C'est donc à ce moment-là que nous avons dû décider comment nous allions fabriquer cette pièce pour répondre aux propriétés du matériau et à d'autres exigences", explique Scheff, qui a également dû tenir compte de son délai serré pour cette pièce, du coût de l'outillage, et comment la pièce s'intégrerait dans le flux de travail d'assemblage.

« Et c'est à ce moment-là que nous avons décidé : si cette pièce imprimée en 3D fonctionne lors des tests et que la fabrication additive est rentable, elle fonctionnera également en production », explique Scheff.

La création de prototypes avec le même matériau et la même méthode que ceux utilisés pour la pièce de production finale donne aux ingénieurs de plus grandes garanties de performances. « Nous avons choisi le procédé à jet de métal de HP car il est beaucoup plus rapide que les autres procédés d'impression 3D métal », ajoute Jochen Müller, responsable mondial de l'ingénierie numérique chez John Deere. « Nous découvrons des opportunités pour fournir des équipements plus efficaces, plus fiables et plus durables, et HP nous a fourni la solution parfaite pour cela. »