Magazine Vendredi 13 septembre 2019 - 12:09

L’impression 3D a conquis le monde du cyclisme

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L’industrie du vélo applique les mêmes exigences d'allègement que le secteur des transports au sens large. Pour le cyclisme sportif, par exemple, le poids du vélo est essentiel pour la performance. Sur des courses longues distances, comme le Tour de France ou le Giro en Italie, les composants sont optimisés afin que les vélos soient les plus légers possibles, en maintenant la résilience tout au long de la compétition. Une bonne raison de s’intéresser de près à l’impression 3D ! Cette technologie présente de nombreux avantages de conception et de fabrication par rapport aux méthodes traditionnelles.

  • Liberté de conception : itérations rapides, optimisation topologique, design génératif, personnalisation des pièces, etc.
  • Fabrication : forme complexe incorporant des éléments de renfort internes, possibilité de créer des structures creuses, coûts des composants basés sur leur quantité et non pas sur leur complexité, etc.
  • Matériaux : de nombreux matériaux – robuste, résistant à la corrosion et durable – sont disponibles : titane, acier, polymère, thermoplastique, composite, etc.
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Avec ses nombreux avantages, l’impression 3D et la fabrication additive ont conquis le monde du cyclisme : des vélos de ville au cyclisme sportif, du prototypage à la pièce finie. De nombreux cas qui illustrent bien ce mariage réussi. 

Trek accélère les cycles de conception avec une imprimante 3D

Le prototypage joue un rôle crucial dans toutes les phases de développement des produits… dont les vélos. Les designers industriels, les ingénieurs en mécanique, les graphistes et le personnel de marketing utilisent tous des prototypes et des maquettes. La société Trek, fabricant de vélos et d’équipements cyclistes, prototype des pièces de vélo, des maquettes d'outillage et des équipements connexes tels que des chaussures et des casques. Grâce à l’impression 3D, la société américaine fabrique quatre fois plus de prototypes qu'auparavant, tout en réduisant le temps de mise sur le marché. « La qualité et la finition des pièces imprimées sont aussi bonnes que celles que nous obtenions avec nos prestataires. Nous pouvons fabriquer une pièce en quelques heures, contre plusieurs jours… et avec beaucoup moins de paperasse à remplir », explique Mike Zeigle, directeur du groupe de développement de prototypes de Trek. L’avantage de la fabrication additive pour le prototypage est donc le même pour de nombreux secteurs. Cette technologie permet de produire rapidement de nombreuses itérations, qui peuvent tout aussi promptement être testées, et donc de gagner du temps pour lancer un nouveau produit ! Sur les vélos les plus performants de la marque Trek, pratiquement toutes les pièces sont prototypées par impression 3D. Celles-ci sont ensuite expédiées vers une installation californienne, aux États-Unis, pour des essais en soufflerie. La simplicité du processus a poussé les ingénieurs de Trek à créer plus fréquemment des prototypes. « Soixante-quinze pour cent des prototypes que nous imprimons nous ne les aurions pas conçus auparavant. C'était trop cher et trop long », conclu Mike Zeigle. L’impression 3D a également permis de réduire considérablement les erreurs d'outillage qui pouvaient repousser de quelques semaines, voire plusieurs mois, le lancement d'un produit. Explication en vidéo !

L’impression 3D en prototypage rapide et en outillage n’est pas la seule application ! La technologie additive permet de créer des formes géométriques très complexes, impossible à obtenir avec les méthodes de fabrication traditionnelles, offrant une liberté de conception (presque) total. Le monde du cyclisme s’est laissé séduire !

Les concepts de vélos uniques imprimés en 3D

Attaquons par l’un des vélos imprimés le plus surprenant et le plus design ! Triple Bottom Line, designer japonais, a créé, en collaboration avec N&R Foldings, le vélo en titane DFM01 OUSIA. Celui-ci possède un châssis au look robuste sublimé par des éléments de jointure reprenant le travail de pliage de N&R Foldings. Le tout imposant de son noir mât ! À vous de juger et d’apprécier…

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Triple Bottom Line, designer japonais, reprend le travail de pliage de N&R Foldings pour relier les tubes du cadre.

Toutes les personnes ayant flânées ou déambulées sur un salon dédié à l’impression 3D ont sûrement vu le vélo exposé sur le stand du fournisseur de systèmes de fabrication additive métal Renishaw. Conçu pour Empire Cycles, une entreprise britannique de conception et de fabrication de cycles haut de gamme, ce vélo a été amélioré à l’aide d’un logiciel d’optimisation topologique, avant d’être fabriqué en alliage de titane. Le cadre a été imprimé en plusieurs pièces qui ont ensuite été collées les unes aux autres. Malgré sa conception en alliage de titane – plus dense que l’aluminium –, le design génératif des composants et les structures creuses ont permis de créer un vélo plus léger. Le cadre de vélo original pesait 2 100 g. Dans sa version remaniée, son poids est descendu à 1 400 g, soit un allègement de 33 %. Ce vélo est tout aussi résistant et conforme à la norme EN 14766, relative aux vélos tout-terrain.

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Le cadre a été imprimé en plusieurs pièces qui ont ensuite été collées les unes aux autres.

MX3D est une société dont la réputation a été construite par son pont imprimé en 3D. L’entreprise néerlandaise conçoit également des vélos grâce à son robot utilisant la technologie WAAM. Récemment, elle a présenté son modèle Arc Bike II (voir la vidéo ci-dessous) possédant un cadre en aluminium imprimé en moins de 24 heures. Le design du vélo a été optimisé par un logiciel de design génératif. Précédemment, une équipe d'étudiants de TU Delft avait utilisé cette technologie pour imprimer un cadre de vélo en acier inoxydable, le Arc Bike I. Les étudiants avaient conçu celui-ci pour démontrer le potentiel du procédé d'impression 3D métal WAAM de MX3D.

Des pièces de vélo uniques

En coopération avec les experts de l'Institut technologique danois (DTI), la société spécialisée dans les produits high-tech en céramique, CeramicSpeed, a développé une poulie ultra légère utilisée par des cyclistes professionnels. Imprimée en titane sur une machine de fabrication additive métal SLM 500, la poulie de CeramicSpeed possède 17 rayons d'un diamètre de 2 mm et d'une épaisseur de paroi de seulement 0,4 mm. Grâce à la conception creuse, il a été possible de réduire le poids total du pignon à 8,4 grammes.

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Le fabricant de vélos américain Specialized a récemment collaboré avec le fournisseur de systèmes de fabrication additive Carbon pour produire la selle de vélo S-Works Power. Le cahier des charges imposait de fabriquer un produit léger, confortable et stable. Le recours à la fabrication additive par stéréolithographie (SLA) a permis de concevoir un prototype offrant un meilleur confort et une meilleure répartition de la pression. Cette selle devrait également être personnalisable par le client. La société américaine envisage d’utiliser l’impression 3D pour la production commerciale de la selle. 

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Le fabricant australien Bastion Cycles combine l’impression 3D titane avec la fabrication de tubes en fibre de carbone pour concevoir des vélos de course design, moderne et léger. Ainsi les cornes – et d’autres composants – sont imprimées à partir de poudre d'alliage de titane, alors que les tubes du cadre sont conçus par enroulement de couches en fibre de carbone sur un mandrin dans un processus contrôlé par ordinateur appelé « enroulement filamentaire » (filament winding). La société annonce un processus extrêmement long et complexe : « de la fabrication par fusion sélective par laser à la peinture finale, plus de 130 heures de travail à la machine et 70 heures de travail manuel méticuleux sont nécessaires ». Les cadres Bastion sont certifiés selon la norme internationale ISO 4210. La société australienne pousse encore plus loin l’utilisation de la fabrication additive en proposant à ses clients de personnaliser leurs vélos. 

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130 heures de travail à la machine et 70 heures de travail manuel sont nécessaires pour fabriquer les vélos Bastion. 

Concluons cet article par un vélo dont l’impression 3D a été utilisée dans un but purement esthétique. Le VRZ.1 de la marque VORWaeRTZ est un vélo de piste aux tubes en carbone reliés par des composants en acier inoxydable imprimés 3D. Un beau mélange de technologie et d’artisanat réalisé par Ralf Holleis à découvrir dans la vidéo ci-dessous.

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