La durabilité s'allie à la légèreté : La collaboration et la simulation permettent d'alléger de 50 % le pédalier en titane imprimé en 3D d'Alugear

Comme de nombreux fabricants, Alugear était très conscient des avantages de l'impression 3D, mais moins sûr de la manière d'adopter la technologie avec succès. Ils ont pensé qu'il valait mieux demander conseil à une entreprise comme Materialise.

Notre réputation en tant que partenaire de production a été l'un des facteurs de cette décision, mais pas le plus important. C'est plutôt notre capacité à les guider tout au long de l'aventure de l'impression 3D, en combinant l'expertise en matière de conception avec l'évolutivité de la production et les conseils en matière d'analyse de rentabilité - ce qui a permis de réduire les coûts et de rendre le projet réalisable - qui a rendu le partenariat si attrayant. 

"Nous ne nous contentons pas d'imprimer des pièces", explique Simone Cannella, responsable de l'innovation chez Materialise. "Nous industrialisons à la fois le produit et le processus de production afin de nous assurer que le projet est réalisable pour toutes les parties concernées. Tout ceci aide les clients à créer de meilleurs produits et démontre que l'impression 3D est la technologie idéale pour ce projet. C'est ce qui nous distingue dans le secteur de l'impression 3D".

C'est ainsi qu'est né un projet passionnant : introduire l'impression 3D dans le flux de production conventionnel d'Alugear.

Comme dans tous les cas de réussite, la première étape a consisté à identifier la bonne application grâce à une analyse collaborative de tout ce que produit l'entreprise. C'est surtout le pédalier des vélos de montagne haut de gamme qui s'est révélé être un candidat idéal pour l'impression 3D.

"Lorsque nous avons vu le potentiel de créer un pédalier plus léger et plus solide capable de fonctionner dans une variété de disciplines, nous savions que c'était le composant parfait pour commencer notre aventure dans l'impression 3D", déclare Dawid Dyngosz, cofondateur d'Alugear. "Nous savions que l'impression 3D offrirait les avantages que nous recherchions en termes de performances, et Materialise était le partenaire idéal pour nous accompagner de la conception à la production. C'est leur expertise en matière d'impression 3D qui nous a incités à poursuivre ce projet".

La capacité reconnue de cette technologie à créer des pièces durables et légères correspondait parfaitement aux exigences d'Alugear : créer un système unique pouvant s'adapter à plusieurs disciplines, du VTT aux vélos de course, et garantir une qualité optimale pour les cyclistes professionnels. Il doit être beaucoup plus léger et plus résistant que ses homologues fabriqués traditionnellement, tout en dépassant les exigences strictes de la norme ISO 4210 en matière de résistance à la fatigue.

Une attention supplémentaire a été accordée au post-usinage, car Alugear effectue les étapes de post-usinage pour chaque pièce dans ses propres installations. Les équipes devaient s'assurer que la conception finale resterait dans les tolérances spécifiées tout au long de l'usinage CNC, en garantissant l'uniformité à chaque étape.

"Cette partie du processus a été particulièrement complexe", se souvient Simone. "Nous avons dû trouver le juste milieu entre les propriétés mécaniques, les performances des pièces, la conception adéquate du post-traitement, le coût du projet, l'orientation de la construction et nos paramètres d'impression. Ces aspects sont généralement en conflit les uns avec les autres, c'est pourquoi il était essentiel de trouver notre optimum holistique pour que les choses se concrétisent".

Les essais mécaniques et les fonctions de simulation du module de simulation de Materialise Magics ont aidé les équipes à maintenir ce processus sur la bonne voie. Après avoir calibré l'outil avec nos propres paramètres d'impression 3D, les deux équipes ont effectué une série régulière de simulations complexes pour estimer l'écart après l'impression et s'assurer que chaque pièce restait conforme aux spécifications.

"Tout d'abord, nous avons co-conçu des pièces pour le cas de charge spécifique, puis nous avons fait correspondre la géométrie résultante avec la technologie de fabrication. Nous avons simulé la pièce imprimée, évalué son comportement, l'avons comparé aux besoins en matière de post-traitement et de résistance, puis avons apporté les corrections nécessaires", explique Simone. "Nous avons procédé à plusieurs itérations, d'abord pour obtenir la pièce brute idéale pour le post-traitement, puis la pièce finale idéale".

Une fois satisfaits des résultats de ces simulations, nous avons créé une plate-forme de construction imbriquée ad hoc, en optimisant la combinaison de production et la qualité des pièces. L'ensemble du processus de production étant désormais verrouillé, Alugear a pu produire simultanément et régulièrement jusqu'à quatre longueurs de son pédalier en titane, ouvrant ainsi la voie à une production en série.

"L'objectif n'était pas d'imprimer une pièce le plus rapidement possible", explique Dawid. "Il s'agissait de combiner plusieurs solutions de fabrication critiques tout en conservant un poids faible, une résistance incroyable et une excellente conception. Les simulations nous ont permis de repérer les problèmes avant qu'ils ne surviennent, et nous avons ensuite soumis les prototypes suivants à des essais de fatigue en conditions réelles chez Alugear. Ce n'est qu'ainsi que nous avons pu trouver la combinaison parfaite, qui a permis d'optimiser les coûts de production". 

Le résultat est un pédalier monobloc en titane creux, produit selon les normes ISO 4210, qui a résisté à 100 000 cycles de fatigue et ne pèse que 345 grammes, soit plus de 50 % de moins que l'original. Sa conception unique comprend des zones usinées (supports pour quatre longueurs), ce qui permet à Alugear d'effectuer son post-traitement sans affecter l'intégrité structurelle ou provoquer des écarts par rapport aux spécifications de la pièce.

L'impression en une seule pièce est également utile à cet égard. Comme il n'est pas nécessaire de procéder à des travaux de soudage ou d'obtenir les certifications correspondantes, les risques de défaillance sont moindres et l'analyse de rentabilité reste viable, même si on la compare à des solutions de fabrication traditionnelles. Sa conception est également autoportante, ce qui facilite l'automatisation et réduit le temps consacré aux étapes manuelles, ce qui le rend adapté à la production en série.

"Ce qui rend cette pièce révolutionnaire dans l'industrie, c'est sa répétabilité. Alugear a été le premier à introduire un pédalier en titane imprimé en 3D et entièrement usiné par CNC qui peut être produit en masse de manière fiable à un niveau industriel et rentable", déclare fièrement Dawid. "Il existe des unités de démonstration et des prototypes sur le marché, mais ils n'ont pas été testés aussi rigoureusement et n'ont pas fait l'objet d'un processus de développement aussi raffiné. Notre produit garantit la qualité, la durabilité et la performance, grâce à notre expérience et à de multiples étapes de prototypage.

Son impact sur le marché se reflète dans le portefeuille de l'entreprise. Le processus ayant été soigneusement conçu et contrôlé, l'équipe peut s'en inspirer pour créer des variantes pour d'autres types de vélos. Il ne faudra pas tarder à proposer une gamme plus large, adaptée aux différents formats de vélo, en plus des six versions de ce premier modèle. 

En ce qui concerne l'adoption à long terme de l'impression 3D, Alugear a acquis une expérience précieuse. S'ils identifient d'autres pièces de leur portefeuille qui conviennent à la technologie, ils sont certainement prêts à renouveler l'expérience - et Materialise est plus qu'heureux de les aider.

"Le plus excitant, c'est que notre pédalier n'est pas un simple prototype - nous pouvons le fabriquer de manière cohérente, à grande échelle et à un coût raisonnable pour le marché", conclut Dawid. "Maintenant que nous avons prouvé qu'elle fonctionne pour nous, nous voyons un énorme potentiel d'expansion de l'impression 3D dans l'ensemble de notre portefeuille.