D'après une étude de marché réalisée par 3D Science Valley, les entreprises d'impression 3D céramique se concentrent sur la recherche et le développement de systèmes et de matériaux d'impression 3D céramique destinés à la production, tandis que des technologies d'impression 3D plus économiques et plus précises font leur apparition sur le marché. La dernière tendance en matière de fabrication additive céramique est de s'orienter vers la production de produits à haute valeur ajoutée, tels que les antennes 5G, les collimateurs, les composants nucléaires et les roulements.
La Société chinoise d'ingénierie mécanique a récemment publié officiellement les normes relatives aux roulements entièrement en céramique, réparties en trois groupes.
© Société chinoise d'ingénierie mécanique
Dans sa chronique « Histoire, développement et avenir de la fabrication additive céramique », Gu aborde sept technologies d'impression 3D permettant de réaliser des composants céramiques denses et à structure complexe, en retraçant leur histoire. Nombre des défis rencontrés par la fabrication additive céramique, apparue plus d'une décennie après celle des métaux et des plastiques, trouvent leur origine dans les difficultés inhérentes à la mise en œuvre des céramiques structurales : températures de traitement élevées, propriétés mécaniques sensibles aux défauts et faible aptitude à la mise en œuvre. Pour que le domaine de la fabrication additive céramique prenne son essor, les futurs efforts de recherche et développement devront se concentrer sur l'élargissement de la gamme de matériaux, l'amélioration du contrôle de l'impression 3D et du post-traitement, ainsi que sur le développement de capacités uniques telles que la fabrication multi-matériaux et hybride. (3D Valley of Science)
Les « articulations » des équipements industriels
Le roulement est considéré comme l'« articulation » des équipements industriels ; ses performances influent directement sur le bon fonctionnement de plus d'un billion d'équipements majeurs dans l'économie nationale et le domaine de la défense nationale.
Les roulements tout céramique désignent des roulements de haute technologie fabriqués à partir de matériaux céramiques, tels que les bagues intérieure et extérieure et les corps roulants. Les roulements tout céramique de haute précision sont très demandés dans les secteurs des machines-outils à commande numérique, de la défense nationale, de l'aérospatiale, de la pétrochimie, des équipements médicaux et autres technologies de pointe en Chine. Leur niveau de fabrication témoigne de la compétitivité de l'industrie manufacturière de pointe nationale.
La localisation des roulements tout céramique ultra-précis pour équipements haut de gamme revêt une grande importance pour améliorer le niveau global et la compétitivité de base de l'industrie nationale et de l'industrie de la fabrication d'équipements, et pour promouvoir le développement d'équipements haut de gamme nationaux intelligents et écologiques.
Application des paliers tout céramique dans les équipements haut de gamme
Les matériaux céramiques techniques utilisés dans les paliers tout céramique comprennent principalement le nitrure de silicium (Si3N4), la zircone (ZrO2), le carbure de silicium (SiC), etc., qui possèdent d'excellentes propriétés physico-chimiques que les matériaux métalliques traditionnels n'ont pas. Les principaux avantages des paliers tout céramique fabriqués à partir de ce type de matériau sont les suivants :
(1) La dureté du matériau céramique technique est beaucoup plus élevée que celle de l'acier à roulement ordinaire, et la durée de vie du roulement tout céramique du même type peut être augmentée de plus de 30 % dans les mêmes conditions de travail ;
(2) Le coefficient de déformation thermique du matériau céramique technique n'est que de 1/4 à 1/5 de celui de l'acier à roulement, et le roulement entièrement en céramique peut montrer une bonne résistance aux chocs thermiques et des performances de service stables dans des conditions de fonctionnement à température extrêmement élevée, basse et grande différence de température ;
(3) la densité du matériau céramique technique, l'inertie de rotation et la force centrifuge sont faibles, adaptées aux vitesses ultra-élevées, et une forte capacité de charge, une bonne résistance à l'usure, un faible taux de défaillance ;
(4) Les céramiques techniques ont une résistance à la corrosion, une isolation magnétoélectrique et d'autres caractéristiques, et présentent des avantages absolus en termes de performances de fonctionnement dans des conditions corrosives, de champ magnétique fort et de corrosion électrique.
À l'heure actuelle, la température de fonctionnement maximale des roulements tout céramique dépasse les 1 000 °C, leur durée de fonctionnement continu peut atteindre plus de 50 000 heures et, grâce à leurs propriétés d'autolubrification, ils garantissent la précision et la durée de vie même sans lubrification. Les caractéristiques structurelles des roulements tout céramique pallient les défauts des roulements métalliques dans les applications industrielles. Ils présentent notamment une vitesse ultra-élevée, une résistance aux hautes et basses températures, une résistance à l'usure et à la corrosion, une isolation magnétoélectrique et une autolubrification sans huile. Adaptés aux environnements extrêmement difficiles et aux conditions de travail spécifiques, ils offrent de vastes perspectives d'application dans les domaines techniques de pointe.
Tous les roulements en céramique standard
Récemment, le comité de normalisation de la Société chinoise d'ingénierie mécanique a approuvé et publié officiellement les trois normes suivantes.
Palier lisse entièrement en céramique Palier lisse centrifuge (T/CMES 04003-2022)
Roulements à rouleaux cylindriques entièrement en céramique (T/CMES 04004-2022)
« Spécifications géométriques et tolérances pour les produits de roulements à billes cylindriques tout céramique » (T/CMES04005-2022)
Cette série de normes est élaborée par la branche Génie de la production de la Société chinoise de génie mécanique, sous l'égide de l'Université de Shenyang Jianzhu (laboratoire d'ingénierie conjoint national et local des « équipements et technologies de traitement à commande numérique de haute précision »). Elle entrera officiellement en vigueur en avril 2022.
Cette série de normes techniques spécifie les termes, définitions, modèles, dimensions, plages de tolérance et jeux des roulements à billes tout céramique. Elle définit la classification, les exigences techniques de fabrication, d'appariement et de rainure des roulements à rouleaux cylindriques tout céramique, ainsi que leurs caractéristiques dimensionnelles et géométriques, les écarts limites nominaux et les tolérances des roulements à billes tout céramique à alésage cylindrique. Elle définit également l'interface de travail des roulements tout céramique (à l'exception du chanfreinage). Ces normes contribuent à normaliser la conception, la production, l'assemblage et les essais des roulements tout céramique, garantissant ainsi leur qualité et leurs performances. Elles permettent d'éviter les pertes inutiles lors de leur fabrication, de leurs essais et de leur utilisation, et de favoriser le développement harmonieux de l'industrie nationale des roulements tout céramique. Elles promeuvent la sécurité, la fiabilité et la rentabilité de leur utilisation et contribuent significativement à l'amélioration de la précision des roulements tout céramique produits en Chine.
La Société chinoise d'ingénierie mécanique (CMES) est une organisation sociale nationale habilitée à mener des activités de normalisation aux niveaux national et international. L'un des objectifs de la CMES est d'élaborer des normes répondant aux besoins des entreprises et du marché, et de promouvoir l'innovation et le développement de l'industrie mécanique. Les organisations et les particuliers en Chine peuvent soumettre des propositions pour l'élaboration et la révision des normes de la CMES et participer aux travaux y afférents.
Le comité de travail sur la normalisation du CMES est composé de 28 experts reconnus issus d'établissements d'enseignement supérieur, d'instituts de recherche, d'entreprises, d'organismes d'essais et de certification, etc., et 40 groupes de travail professionnels sont chargés de l'élaboration des normes.
Date de publication : 30 mars 2022