Impression 3D d'un moteur V8 à petit bloc - PARTIE 1

Article d'Eissa Ahmad mis à jour le 26 mars 2018.

Article

Le moteur LS3 de GM fait partie de la vaste famille de V8 à petit bloc de l'entreprise. Il a été utilisé dans la Corvette pendant 5 ans (de 2008 à 2013) et dans la Camaro SS pendant 5 autres années (de 2010 à 2015). Le LS3 est une version actualisée du moulage LS2, mais avec des alésages plus grands et un taux de compression de 10,7:1. L'arbre à cames a une levée plus agressive de 0,551″, et la cylindrée globale est supérieure à 6,1L.

Les V8 traditionnels à petit bloc ont une certaine caractéristique sonore qui leur donne un son guttural et déséquilibré. Le son est brut et distinct, car les pistons se déclenchent à des intervalles décalés, ce qui fait vibrer le bloc beaucoup plus.

J'ai toujours voulu un moteur V8, mais plutôt que de dépenser plus de 7000 $ pour en avoir un, je me suis dit que j'allais l'imprimer en 3D. Le projet était passionnant, il a pris du temps, mais au final, il en valait vraiment la peine. Ces prochains blogs seront un compte rendu partie par partie de l'ensemble du projet, du début à la fin. À la fin de chaque partie, j'inclurai une section "Trucs et astuces" dans laquelle j'aborderai des informations importantes relatives aux sujets abordés dans le segment.

Commençons.

Les modèles 3D

Je me considère comme "assez compétent" en matière de modélisation et de conception 3D. Cependant, je savais que la modélisation d'un assemblage de moteur à partir de zéro allait prendre un temps déraisonnable. J'ai cherché en ligne et j'ai trouvé ce qui pourrait sans doute être le meilleur modèle 3D d'un moteur LS3 que j'aivu jusqu'à présent. Eric Harrell (alias "ericthepoolboy") a des modèles fonctionnels d'un Chevy LS3, d'un Subaru EJ20, d'un Ford flat head V8, et d'un Toyota 22RE 4-cylindres. Vous pouvez trouver tous ses modèles sur Thingiverse.

Moteur LS3 imprimé en 3D, avec l'aimable autorisation d'Eric Harrell.

Moteur LS3 imprimé en 3D, avec l'aimable autorisation d'Eric Harrell.

Les fichiers de conception d'Eric comprennent le bloc, les cylindres, les collecteurs, les cache-soupapes, les ensembles vilebrequin et arbre à cames, ainsi que les culbuteurs et les soupapes. Les pièces, extrêmement détaillées, ont été conçues pour une fixation facile, avec des trous prédécoupés et des alésages pour des vis de taille M3. L'ensemble du moteur, une fois assemblé, se déplace librement, avec des supports de roulement intégrés pour le vilebrequin et l'arbre à cames. Un moteur à courant continu est fixé à un point de montage qui relie le moteur au volant d'inertie, ce qui signifie que l'ensemble fonctionnera de manière autonome une fois alimenté.

En regardant de plus près sa conception finale, j'ai remarqué qu'il alimentait le moteur à courant continu directement à partir du mur, de sorte que les pistons "tournaient" à la même vitesse. Je voulais démontrer quelque chose d'un peu plus dynamique, alors j'ai planifié la conception d'une pédale d'accélérateur (dont je parlerai plus tard). La pédale agirait comme un potentiomètre qui régulerait la vitesse des pistons.

Une fois les modèles 3D téléchargés, il était temps de passer à l'impression.

Les métiers de l'imprimerie

L'impression de toutes ces pièces a été très amusante. J'avais trois imprimantes à ma disposition, la Fortus 450mc, la 250mc, et la Stratasys F170, qui fait partie de la série Stratasys F123. Ces trois imprimantes, bien que différentes en termes d'âge et de capacités, ont extrudé les pièces de manière incroyablement détaillée, sans aucun problème ni contretemps. Je n'avais pas de plan préétabli pour savoir quelle imprimante imprimerait quelles pièces, j'ai donc organisé un calendrier d'impression en fonction des options de couleur auxquelles j'avais accès. J'avais plus de choix de couleurs pour la 250mc (comme l'orange, le jaune et le gris), je l'ai donc utilisée beaucoup plus que la F170 et la 450mc. J'ai essayé de m'en tenir à un remplissage clairsemé à double densité pour la plupart des pièces, car c'était un bon équilibre entre l'efficacité du matériau et la résistance de la pièce. Ce n'était pas le cas pour toutes les pièces, car elles variaient en taille et en complexité (j'en parle un peu plus dans la section Trucs et astuces à la fin).

Les pistons, les tiges de piston et l'arbre à cames ont été les premières choses à être imprimées.

Les pistons, les tiges de piston et l'assemblage de l'arbre à cames sont tous imprimés sur une feuille de construction.

Les pistons, les tiges de piston et l'assemblage de l'arbre à cames sont tous imprimés sur une feuille de construction.

Grâce à la fonction "Optimiser" de l'outil d'agencement, les pièces ont été positionnées de manière à faciliter l'extrusion du matériau par l'imprimante. Cette optimisation a été mise en œuvre pour chaque groupe de pièces imprimé.

L'assemblage complet du piston imprimé.

Ensuite, il y avait le bloc moteur. C'était la plus longue impression de toutes les pièces. Le bloc a été réalisé sur la 250MC et il a fallu presque 4 jours pour le terminer (sans compter le temps de lavage et de séchage). Je voulais imprimer le bloc en orange (pour rappeler les moteurs V8 Chevy orange classiques), et le seul matériau orange dont je disposais était celui de la 250.

L'impression et le lavage du bloc moteur ont nécessité près de 6 jours de travail.

L'impression et le lavage du bloc moteur ont nécessité près de 6 jours de travail.

La plupart des autres grands composants ont été imprimés en noir pour compléter le bloc orange. Ces pièces comprennent les collecteurs, le collecteur d'admission, les culasses, le vilebrequin et le volant moteur. Quelques pièces de support, comme la plaque et les couvercles de la vallée, ont été imprimées en gris pour accentuer le noir et l'orange.

Les petites pièces, comme l'assemblage du vilebrequin présenté ci-dessous, devaient être imprimées avec une épaisseur de couche inférieure afin de conserver les détails de la pièce et les caractéristiques de fixation. Cela était particulièrement important pour les engrenages, car les dents de l'engrenage devaient être suffisamment détaillées pour qu'elles puissent s'enfoncer et s'aligner correctement.

L'assemblage du vilebrequin a été imprimé sur le F170 à une épaisseur de 0,070".

L'assemblage du vilebrequin a été imprimé sur le F170 à une épaisseur de .070″.

Conseils et astuces

Il est bon de comprendre la relation entre l'épaisseur des couches, les détails et la résistance globale de la pièce. Il existe un équilibre délicat entre ces trois aspects d'un travail d'impression qui détermine comment votre pièce émergera une fois imprimée. Pour les grosses pièces comme mon bloc moteur, mon collecteur d'admission et mes culasses, utiliser des couches de 0,10″ est idéal. Les pièces sortent plus solides, mais comme elles ne comportent pas beaucoup d'éléments finis, le détail reste élevé. Les pièces plus petites telles que les engrenages, les entretoises, les goupilles, les pare-chocs et les rails doivent être imprimées en couches de .070″ pour maintenir la précision et les détails de la pièce. Les pièces sortent un peu plus faibles, mais vous pouvez contourner cela en les imprimant solides. Le seul inconvénient de cette méthode est que le temps d'impression sera significativement plus long.

Le choix de la bonne épaisseur de la couche est déterminé au cas par cas, et reste entièrement à votre discrétion.

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Eissa Ahmad

Eissa est un ingénieur d'application stagiaire en fabrication additive chez Javelin Technologies. Il prépare un baccalauréat en technologie du génie de l'automatisation à l'Université McMaster.