Pour les passionnés de course, le cyclisme est synonyme de collines escarpées à gravir, de sprints sur de longues distances et de lutte incessante contre les vents de face. Le poids du vélo fait toute la différence. Le nouveau vélo de course de Pinarello, Dogma F, est le modèle léger dont les cyclistes rêvent depuis longtemps.
Pour créer ce vélo unique en son genre, ils avaient besoin de l'aide de partenaires innovants et des technologies les plus récentes. Les services complets d'impression 3D de pièces métalliques et les flux de travail sur mesure de Materialise ont constitué un facteur déterminant : ils ont permis de réduire de presque 50 % le poids d'un composant essentiel de la selle.
Défi
Réduire le poids des colliers de selle tout en respectant les objectifs de Pinarello en termes de délai, de budget et de production
Solution
Impression 3D de pièces métalliques avec un flux de travail personnalisé au Centre de compétences en fabrication additive métallique (Metal Competence Center) de Materialise
Résultat
Des pièces 42,5 % plus légères et pouvant être imprimées à grande échelle avec succès
Défi
Dans l'industrie du cyclisme, chaque gramme compte. C'est pourquoi l'approche de Pinarello, pour son tout dernier lancement, était axée sur l'élaboration d'un vélo de course beaucoup plus léger que ceux de la concurrence. Mais atteindre cet objectif impliquait bien entendu plus qu'une simple réduction de poids. L'équipe devait trouvait un parfait équilibre pour y parvenir en tenant compte du coût, de la qualité, de la rapidité de production et du nombre de pièces fabriquées.
« Le défi pour la R&D de Pinarello était essentiellement de se concentrer sur la réduction de poids », explique Maurizio Bellin, chef des opérations chez Pinarello. « Lorsqu'un cycliste doit grimper et sprinter sur de nombreux kilomètres contre le vent, plus son vélo est léger, plus il ira vite. C’est pourquoi notre intention était de réduire le poids autant que possible. »
L'un des principaux objectifs de conception de Pinarello pour ce nouveau vélo était la réduction de poids
Pinarello s'est lancée dans ce projet en collaborant avec divers sous-traitants expérimentés dans des technologies aux résultats prometteurs, aussi bien en termes de solidité que de légèreté. La conception de leurs colliers de selle était assez originale et reposait sur des méthodes de fabrication traditionnelles. Toutefois, pour obtenir les résultats escomptés au niveau du poids, ils ont dû se tourner vers les solutions d'impression 3D de Materialise.
Solution
L'équipe de Materialise savait que la liberté de conception offerte par l'impression 3D de pièces métalliques lui permettrait de créer un collier de selle beaucoup plus léger. Le défi dans ce cas précis consistait à fabriquer les pièces à grande échelle en quelques semaines seulement. Les équipes internes de conception et d'ingénierie, de logiciels et de fabrication de Materialise ont été contraintes de se concerter pour atteindre les objectifs de production.
«Dans notre Centre de compétences en fabrication additive métallique (Metal Competence Center) à Brême, en Allemagne, nous disposons de toute l'expertise nécessaire sous un même toit », explique Philip Buchholz, chef de projet technique chez Materialise. «Au sein de ces nouvelles installations, nous unissons nos compétences internes en matière de conception, les connaissances approfondies de notre service de recherche et de développement, ainsi que nos processus de production industrialisés.»
Dans notre Metal Competence Center, nous pouvons combiner les connaissances d'experts en logiciels, en conception et en ingénierie pour faire évoluer l'impression 3D de pièces métalliques vers l'étape supérieure.
« La conception et l'ingénierie ont été réalisées en étroite collaboration avec Pinarello », explique Tim Hermanski, ingénieur de conception chez Materialise. « À chaque itération de conception, nous avons commencé par effectuer des tests de simulation virtuelle. Le collier de selle devait être léger, mais sa finalité supposait qu'il soit suffisamment solide pour supporter le poids du cycliste. Ces tests internes ont permis de gagner beaucoup de temps en garantissant l'imprimabilité et la fiabilité de la pièce finale. Au terme de ces tests, l'équipe a partagé les conceptions imprimées en 3D avec Pinarello pour lui permettre d'effectuer son propre ensemble de tests physiques, tels que des tests de fatigue sur un banc d'essai et sur la route.
Un avantage majeur de l'impression 3D dans ce cas était la rapidité avec laquelle la conception a pu être finalisée. Alors que la fabrication conventionnelle nécessite de nouveaux moules et une programmation de commande numérique (CNC) complexe lors de chaque mise à jour de la conception, rien de tout cela n'est nécessaire avec cette nouvelle méthode. Les conceptions sont entièrement numérisées et peuvent donc être modifiées rapidement.
Outre la conception même de la pièce, les équipes devaient relever le défi de produire un nombre de pièces relativement important dans un délai très court. Le projet nécessitait l'impression de 2 000 pièces individuelles chaque mois en moins de 30 jours. C'est sur ce point que la collaboration interne de Materialise a encore une fois fait ses preuves. Les membres de l'équipe ont réuni toutes leurs compétences pour créer un flux de production à service complet sur mesure, lequel comprenait l'étiquetage et le contrôle de la qualité, et sont ainsi parvenus à atteindre l'objectif qu'ils s'étaient fixé.
Un flux de production sur mesure a permis à notre équipe
d'imprimer 2 000 pièces en moins d'un mois
« Nous devions intégrer l'industrialisation au sein de notre chaîne de production », explique Philip. « Nous y sommes parvenus en concevant une pièce et un processus qui ne nécessitaient aucune structure de soutien ni aucune étape manuelle de post-traitement. L'élimination de ces étapes nous a fait gagner beaucoup de temps lors de la fabrication. Nous avons également créé un jeu de paramètres d'impression personnalisé qui a réduit les délais d'impression, satisfait aux propriétés de matériau requises et rendu le projet réalisable grâce à des coûts optimisés.
«Nous avons réalisé tout cela avec Materialise Process Tuner, une solution que nous proposerons sur le marché plus tard dans le courant de cette année permettant d'ajuster considérablement le développement des processus. Ce logiciel accélère non seulement la configuration des paramètres, mais réduit également les risques d'erreur grâce à l'automatisation. Par ailleurs, il fournit des informations et des statistiques intelligentes, toutes stockées dans une base de données centrale en vue d'être réutilisées pour les projets à venir. Nous avons développé des paramètres d'impression optimisés en quelques semaines à peine, au lieu de quelques mois. Nous n'aurions jamais atteint ce résultat sans le savoir-faire combiné de nos équipes logicielles et de conception et ingénierie du Metal Competence Center.»
Résultat
Grâce à l'étroite collaboration avec Pinarello et aux efforts remarquables au sein de l'équipe interne, Materialise a fourni une pièce qui a permis à Pinarello d'atteindre son objectif.
Les experts de l'impression 3D de pièces métalliques ont conçu le collier de selle de manière à tirer parti de la liberté de conception propre à la FA et ont choisi le bon matériau pour obtenir une réduction de poids significative. Au final, la pièce en titane, imprimée par fusion laser sélective, était 42,5 % plus légère que la conception originale en aluminium, réalisée selon un processus de production traditionnel.
L'accessibilité de l'impression 3D nous permet d'offrir cette technologie aux meilleurs cyclistes participant au Tour de France, mais elle est loin de se limiter à eux. Nous sommes en mesure de la proposer à quiconque souhaite en profiter dans le monde. »
— Maurizio Bellin, chef des opérations chez Pinarello
La rapidité avec laquelle Materialise a produit des pièces imprimées en 3D à une telle échelle représentait également un exploit de taille. En optimisant la conception et en rationalisant les processus de production, l'équipe est passée de 2 000 pièces à 20 000 pièces pour ses commandes livrées en trois semaines. Pour illustrer cette rapidité, il faut savoir que dans le cadre de la fabrication traditionnelle, les commandes d'un volume aussi important doivent être passées entre six et douze mois à l'avance, en particulier dans des périodes comme celle que nous traversons actuellement, alors que les chaînes d'approvisionnement sont affectées par des pénuries mondiales de matières premières et de capacités de production. Notre implantation en Europe était également un avantage non négligeable dans ce cas précis. Materialise a proposé des délais de livraison plus courts et un processus d'expédition plus durable en comparaison avec les commandes effectuées auprès d'un fabricant situé à l'autre bout du monde.
La rapidité et la précision de la production d'impression 3D, associées à la légèreté de la pièce finale,
ont ouvert la voie du succès pour le vélo avant-gardiste Dogma F
«Grâce à Materialise et à notre souci du détail, nous avons économisé 35 grammes rien que sur le petit collier de tige de selle », explique Maurizio. « Pour mettre cela en perspective, cela représente 8 grammes de plus économisés que la réduction de poids finale de la tige de selle elle-même. Les détails font la différence. Et grâce à l’impression 3D, nous pouvons vraiment le prouver.»
«Mais il ne s’agit pas seulement de réduire le poids. L'accessibilité de l'impression 3D nous permet d'offrir cette technologie aux meilleurs cyclistes participant au Tour de France, mais elle est loin de se limiter à eux. Nous sommes en mesure de la proposer à quiconque souhaite en profiter dans le monde.»
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