Calibrer la dureté Shore du TPU pour train d’atterrissage drone
Calibrer la dureté Shore du TPU pour un train d’atterrissage de drone, c’est chercher un point d’équilibre : absorption des chocs, stabilité au sol, masse embarquée et tenue dans le temps face aux flexions répétées. Un TPU trop mou s’écrase, rebondit, et peut carrément faire basculer l’appareil au posé. Un TPU trop dur, lui, renvoie l’impact vers le châssis et l’électronique, ce qui n’est pas franchement mieux. La valeur idéale dépend en fait de plusieurs choses à la fois : le poids de l’appareil, sa vitesse d’atterrissage, la forme des patins et le type de sol sur lequel il se pose.
Comprendre la dureté Shore du TPU
La dureté Shore mesure la résistance d’un polymère face à la pénétration d’un pointeau normalisé, une sorte de petite aiguille calibrée qu’on enfonce dans le matériau. Pour les TPU flexibles qu’on utilise en impression 3D, c’est l’échelle Shore A qui sert de référence dans l’immense majorité des cas.
Plus le chiffre grimpe, plus le matériau devient ferme sous le doigt :
- Shore 85A à 90A : très souple, on est proche d’un caoutchouc flexible classique ;
- Shore 92A à 95A : souple, mais assez stable pour tenir dans de nombreuses pièces fonctionnelles ;
- Shore 98A : ferme, robuste, et généralement plus simple à imprimer proprement ;
- Shore 55D à 65D : très ferme, presque rigide au toucher. Attention, l’échelle D fonctionne différemment de l’échelle A, on ne compare pas les chiffres directement entre les deux.
La dureté annoncée sur la bobine reste une propriété du matériau brut, rien de plus. Une fois imprimée, la pièce peut donner une sensation totalement différente selon le taux de remplissage choisi, le nombre de parois, l’orientation d’impression et l’épaisseur des parties sollicitées.
Pourquoi le bon réglage est essentiel pour un drone
Le train d’atterrissage a une mission précise : dissiper une partie de l’énergie au moment du contact avec le sol. Concrètement, il protège :
- la coque et les bras du drone ;
- la caméra, le cardan et les capteurs embarqués ;
- la batterie et ses connecteurs, souvent fragiles aux chocs latéraux ;
- les hélices lorsque l’atterrissage se fait sur un sol irrégulier.
Un patin imprimé en TPU joue en réalité le rôle d’une suspension très rudimentaire. Sa déformation doit rester maîtrisée : suffisamment ample pour encaisser le choc, mais pas au point de laisser le châssis toucher le sol ou de faire basculer l’appareil sur le côté.
Les risques d’un TPU trop souple
Un matériau autour de 85A peut très bien convenir à un petit drone léger. Mais dès que la pièce s’affine ou que l’appareil prend du poids, les limites apparaissent vite :
- les pieds s’écrasent sous la simple charge statique, sans même avoir subi d’impact ;
- le drone oscille après le posé, comme s’il rebondissait sur un trampoline ;
- le train peut se tordre latéralement au décollage ;
- les couches fatiguent plus vite aux zones de flexion, avec un risque de fissuration précoce.
Dans bien des cas, mieux vaut épaissir la section du patin que de compter uniquement sur un TPU très souple pour absorber les chocs. La géométrie compense souvent mieux qu’un matériau extrême.
Les risques d’un TPU trop dur
À l’inverse, un TPU 98A, ou un matériau qui flirte avec le Shore D, offre une bonne tenue géométrique. La pièce ne bouge pas, elle garde sa forme. Mais son amortissement reste limité. Sur un sol dur, béton ou pierre par exemple, l’impact remonte davantage vers les pièces rigides du drone.
Ce choix garde tout son sens pour un train très compact, un drone de course qui doit rester stable au sol entre deux vols, ou des patins dotés d’une géométrie déjà flexible en elle-même, une lame courbe ou une structure en arc.
Quelle dureté Shore choisir selon le drone ?
Il n’existe pas de valeur magique universelle, mais les plages suivantes offrent un bon point de départ pour démarrer sans partir dans le mur.
| Type de drone | Dureté recommandée | Objectif principal |
|---|---|---|
| Micro-drone ou drone léger, moins de 250 g | 85A à 92A | Amortissement maximal |
| Drone de loisir de 250 g à 1 kg | 92A à 95A | Compromis amortissement et stabilité |
| Drone photo de 1 à 3 kg | 95A à 98A | Résistance et contrôle de l’écrasement |
| Drone industriel ou charge élevée | 98A ou conception hybride | Durabilité et support structurel |
Pour un drone de 700 g, un TPU 95A est souvent un excellent premier essai. Il permet de dessiner des patins souples sans obtenir une pièce instable au posé. Pour un appareil de 1,5 kg, on ira plutôt vers du 95A à 98A, avec des parois épaisses ou une structure nervurée pour tenir la charge.
La géométrie influence autant que la dureté
La calibration de la dureté Shore ne doit jamais être pensée seule, isolée de la conception mécanique. Deux patins imprimés avec exactement le même filament peuvent se comporter de façon très différente au sol. La forme change tout.
Paramètres de conception à ajuster
- Épaisseur des jambes : une section plus épaisse réduit mécaniquement la flexion.
- Longueur de la partie flexible : une lame longue absorbe mieux le choc, mais elle peut rebondir davantage.
- Rayons et arrondis : évitez les angles vifs, ce sont des points de concentration de contraintes, donc des futures fissures.
- Largeur d’appui : un pied large améliore la stabilité sur sol meuble, herbe ou sable par exemple.
- Structure creuse : des alvéoles ou une chambre interne peuvent améliorer la dissipation d’énergie sans alourdir la pièce.
- Nervures : elles renforcent les zones soumises aux efforts latéraux, notamment au décollage.
Un patin en TPU 95A muni d’une lame arquée de 3 mm peut offrir plus d’amortissement qu’un bloc massif en TPU 90A. La forme reste donc un levier de réglage au moins aussi puissant que le choix du matériau.
Méthode pratique de calibration
La meilleure approche, sans surprise, consiste à fabriquer de petits échantillons et à les comparer dans des conditions répétables. Pas de raccourci miracle ici, juste de la méthode.
1. Mesurer la charge statique
Pesez le drone entièrement équipé : batterie insérée, caméra montée, protections et accessoires inclus. Ne négligez pas ce détail, une batterie représente souvent 20 à 30 % du poids total. Répartissez ensuite approximativement la masse entre les points d’appui.
Si un drone de 1 kg repose sur quatre pieds, chaque pied supporte environ 250 g à l’arrêt. En réalité, lors d’un atterrissage un peu brusque, la charge momentanée est bien supérieure, parfois deux à trois fois plus selon la vitesse de descente.
2. Imprimer des prototypes comparables
Préparez trois versions du même patin :
- TPU 90A ;
- TPU 95A ;
- TPU 98A.
Gardez la même géométrie, le même nombre de parois, le même remplissage. Pour une pièce fonctionnelle, on privilégie généralement 3 à 5 parois et un remplissage modéré, disons entre 15 et 30 %, selon la forme du patin.
3. Réaliser des essais progressifs
Commencez par laisser tomber le drone, hélices arrêtées, depuis une faible hauteur contrôlée : 5 cm, puis 10 cm, puis 20 cm si le modèle le supporte. Faites ça sur une surface plane et sécurisée, pas sur du carrelage glissant.
Observez à chaque essai :
- l’écrasement maximal des patins ;
- le rebond après l’impact ;
- un éventuel contact du châssis avec le sol ;
- la stabilité latérale de l’ensemble ;
- l’apparition de fissures entre les couches.
Filmez les tests au ralenti avec un simple smartphone. Cette méthode toute bête permet de repérer une déformation excessive ou un rebond trop important, des détails qu’on rate facilement à l’œil nu.
4. Ajuster une variable à la fois
Si le patin s’écrase trop, commencez par épaissir la paroi ou raccourcir la zone flexible. Si le choc reste brutal malgré tout, augmentez la longueur de flexion ou passez à un TPU légèrement plus souple.
Changer simultanément le matériau, le remplissage et la géométrie rend l’interprétation des résultats presque impossible. Une variable à la fois, sinon on ne sait plus ce qui a réellement joué.
Conseils d’impression pour des pièces fiables
Le TPU exige une impression régulière pour que les couches tiennent le coup face aux flexions répétées.
- Séchez le filament avant impression : l’humidité dégrade la surface et affaiblit la cohésion entre couches.
- Imprimez lentement, souvent entre 20 et 40 mm/s selon l’imprimante.
- Réduisez la rétraction pour limiter les bourrages, fréquents avec les filaments flexibles.
- Orientez les couches pour qu’elles suivent autant que possible la direction des efforts subis.
- Privilégiez des parois plutôt qu’un remplissage élevé pour renforcer les zones les plus sollicitées.
- Inspectez régulièrement les pieds après des atterrissages un peu durs, même si tout semble en ordre.
Un train d’atterrissage reste une pièce de sécurité passive. Remplacez-le sans hésiter s’il présente des déchirures, une délamination ou une déformation permanente qui ne revient plus à sa forme initiale.
Conclusion
La bonne dureté Shore du TPU pour un train d’atterrissage de drone se situe le plus souvent entre 92A et 98A. Mais la masse de l’appareil et la géométrie du patin restent tout aussi déterminantes, sinon plus. Testez plusieurs prototypes, mesurez l’écrasement, privilégiez une déformation contrôlée plutôt qu’une dureté choisie au hasard : c’est la méthode la plus fiable pour obtenir des atterrissages à la fois plus sûrs et plus doux.