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Un moteur imprimé en 3D totalement fonctionnel

Un moteur imprimé en 3D totalement fonctionnel

Un projet d’impression nous tenait à coeur depuis quelques temps. Cette semaine, nous avons donc souhaité pousser plus loin l’utilisation de nos imprimantes 3D en imprimant un moteur de Toyota 4 cylindres complètement mobile. Nous allons vous détailler à travers cet article les différentes étapes qui nous ont permis de concrétiser cette impression, avec son lot de petites spécificités et difficultés…

Naissance du projet

Ce projet a été rendu possible grâce aux modèles 3D disponibles sur Thingiverse.

Nous souhaitions proposer quelque chose de relativement technique et complexe afin de présenter la pièce finie au salon Innorobo 2015 ouvert du 1 au 3 Juillet où vous pouvez d’ailleurs venir rencontrer une partie de notre équipe Makershop.fr.

Pré-requis

Dans un premier temps, le plus important pour obtenir le meilleur résultat possible sera d’imprimer les différentes pièces composant le moteur le plus finement possible. Nous vous déconseillons donc l’utilisation de machine ne pouvant imprimer au minimum à 100µ. Si vous faites vos achats chez Makershop, aucun problème à ce niveau là ;-).

Dans notre cas, nous avons utilisé en grande partie des Ultimaker 2. Ces machines permettant d’obtenir un très bon état de surface tout en proposant un volume d’impression d’une taille suffisante (22,3 x 22,3 x 20.5 cm).

.STL disponibles sur Thingiverse

Ensuite concernant les pièces à proprement parlé, elles sont toutes disponibles sur la page Thingiverse.

Toutes ces pièces sont valides et ne comportent pas d’erreur de modélisation. Certaines sont même prévues pour être imprimées sans supports autres que ceux déjà modélisés dans la pièce. L’impression de la totalité de ces pièces représentera entre 5 et 7 jours en fonction de votre volume d’impression et de la qualité d’impression que vous souhaitez. Ensuite, un certain nombre de roulements à billes et de vis sont requises pour le montage du moteur final.

Roulements à billes :

  • 20 roulements 623zz
  • 5 roulements 608zz

L’achat de ces roulements représente la plus grosse dépense de pièces pour le montage du moteur imprimé (compter au moins 100 euros).

Visserie et pièces diverses :

  • Vis à tête à six pans creux (ou SHCS) m3x6mm : 6
  • Vis SHCS m3 x 35mm : 8
  • Vis à tête hexagonale m4 x 20mm : 8
  • Vis à tête hexagonale m4 x 25mm : 10.
  • Vis à tête hexagonale m4 x 6mm : 6
  • Vis de calage (sans tête) m3 x 6mm : 6
  • Vis SHCS m3 x 10mm : 11
  • Vis SHCS m3 x 20mm : 7
  • Vis SHCS m3 x 25mm : 5
  • Vis SHCS m3 x 45mm : 1
  • Rondelle m3 : 10
  • Ecrou de serrage m3 : 24
  • Ecrou de serrage nylon (anti-retour) m3 : 4
  • Une tige filetée m3 (1m minimum) pour les découpe et la création d’axe
  • Ressort pour soupapes 4 cm x 10mm : 8
  • Un élastique

Prévoir un budget de 20 à 30 euros pour l’achat de cette visserie.

Outillage :

  • Un équipement de découpe (Type Dremel) pour la retouche des pièces plastiques.
  • Une scie à métaux pour la découpe des axes ou la création de certaines vis que vous n’auriez pas trouvez en quincaillerie.
  • Une lime pour retravailler des vis ou des pièces imprimées
  • Un pied à coulisse, toujours utile dans les travaux de précision
  • Des tournevis 6 pans
  • Une pince
  • Du dégrippant (type WD40)

L’assemblage

Le moteur imprimé se découpe en plusieurs parties assemblables à part, puis à assembler lors du montage final du moteur.

La première partie se compose du bloc moteur ainsi que des quatre pistons. Nous vous recommandons d’effectuer quelques essais avant de mettre en place définitivement les pistons car des frictions pourront se faire ressentir et cela entraînera une perte de fluidité dans leurs mouvements.

Il peut être utile de limer légèrement les pistons ou l’intérieur du bloc moteur pour atténuer ces frictions.

Bloc moteur et piston

Bloc moteur et piston

Ces pièces sont ensuite à assembler sur le vilebrequin pour permettre une première mobilité du moteur. Veillez à aligner parfaitement tous les axes de celui-ci car un excentrage provoquera une désynchronisation des pistons. C’est à ce moment que nous avons utilisé le lubrifiant WD40 pour réduire les frictions de toutes ces pièces.

.Schéma du piston

Il vous faudra ensuite assembler l’arbre à cames. Cette partie est assez complexe à assembler car les emplacements prévus sont très fins et il est nécessaire de les retravailler au Dremel pour permettre l’insertion des écrous.

arbre à came

Il suffira ensuite de monter l’arbre à cames sur la chambre de combustion avec les soupapes. Celles-ci nécessiteront plusieurs essais avant d’être parfaites car si la pression exercée par les ressorts est trop importante, le mouvement se retrouvera « gelé ». Nous vous recommandons donc d’ajuster la longueur de vos ressorts en fonction de leur force.

Chambre de combustion et soupape

Chambre de combustion et soupape

Une fois tout cela assemblé, vous obtiendrez la deuxième partie mobile qui se fixe sur le bloc moteur. Cette partie est plutôt intéressante car elle permet de visualiser le travail des soupapes dans un ensemble mécanique.

Moteur vu du dessus

Le dernier assemblage mobile concernera le ventilateur de refroidissement. Cette partie est entrainée par un système de courroie, pour lesquelles vous pouvez utiliser des élastiques. Ce montage reste relativement simple.

Ventilo

Une fois tous ces éléments assemblés, il ne vous restera plus qu’à les joindre les uns aux autres pour obtenir votre moteur mobile imprimé.

Les diverses parties « décoratives » sont ensuite à ajouter selon votre choix, cela vous permettra de laisser apparents certains mécanismes pour l’étude des mouvements par exemple.

Moteur sur le stand Innorobo.

Ressources

Tous les guides de montages des différentes parties du moteur imprimé sont disponibles sur la page du projet Thingiverse accompagné de la liste complète des composants et des pièces à imprimer.

Il vous sera ensuite possible de coupler à ce moteur imprimé un moteur électrique (30 rpm) pour le rendre autonome dans son mouvement.

Afin de garantir le meilleur résultat possible, il est préférable de procéder au montage du moteur sur une table avec beaucoup d’espace et de vous munir de beaucoup de patience car le montage se montre parfois complexe et toutes les pièces ne s’emboitent pas forcément comme on pourrait le souhaiter.

Un certain travail de retouche pourra être demandé pour tout mettre en place. Nous nous y sommes repris à plusieurs fois lorsque nous avons entrepris le montage du vilebrequin par exemple. Le plus important est de ne pas perdre patience et de s’attaquer à une autre partie du moteur si vous bloquez sur un assemblage pour y revenir plus tard à tête reposée…

Nous sommes à disposition si vous souhaitez obtenir d’autres conseils pour entreprendre l’impression et montage de ce moteur, et n’hésitez pas à venir le découvrir au salon Innorobo à Lyon !

Equipe Makershop au salon Innorobo, devant le moteur

MakerShop

Commentaires

  1. guenta herve - 12 février 2019 à 09:19

    bonjour
    je felicite toute l’équipe qui à pu réaliser ce projet . avec quelle type d’imprimante vous l’avez realiser

  2. Claire - 13 février 2019 à 09:24

    Bonjour,
    Merci pour ce retour ! Nous avons imprimé toutes les pièces sur des imprimantes de la marque Ultimaker. A découvrir ici : https://www.makershop.fr/175-ultimaker

  3. daouya - 25 février 2019 à 10:23

    Bonjour.
    Ce dossier est superbe et je vais tenter l’aventure.
    Une question.Pourquoi plusieurs fois les mêmes pièces, (bloc moteur, culasse, etc)?
    Encore une fois félicitations
    S.Daouya

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