Premier cadre de vélo métallique imprimé en 3D et fabriqué par Renishaw pour Empire Cycles
Renishaw, seul fabricant britannique d’une machine de fabrication additive qui imprime des pièces métalliques, a collaboré avec l’une des principales entreprises britanniques de conception et de fabrication de vélos pour créer le premier cadre de vélo métallique imprimé en 3D
Empire Cycles est une entreprise britannique de conception et de fabrication de cycles d’élite, implantée au nord-ouest de l’Angleterre. Cherchant avec passion à utiliser le meilleur de l’ingénierie britannique pour créer des produits d’élite, cette entreprise propose des modèles innovants aux vététistes et aux descendeurs du monde entier. En travaillant en collaboration, Renishaw et Empire Cycles ont optimisé la réalisation d’un modèle de cycles en vue de sa fabrication additive, éliminant de nombreuses surfaces orientées vers le bas ce qui aurait exigé des structures de support inutiles.
Empire Cycles a conçu son vélo tout-terrain pour tirer parti de la technologie de fabrication additive de Renishaw lui permettant de créer un cadre en titane à la fois résistant et léger grâce à l’optimisation topologique, 33 % plus léger que l’original. Le cadre a été créé par fabrication additive en alliage de titane de sections collées les unes aux autres. Ce processus présente plusieurs avantages :
Liberté de création
- Itérations rapides ; grande souplesse permettant d’apporter des améliorations à la conception jusqu’au moment de la production
- Possibilité de produire des formes dérivées d’une optimisation topologique
- Personnalisation et adaptation ultimes : fabrication d’exemplaires uniques aussi faciles que des lots de production
Construction
- Forme complexe incorporant des éléments de renfort internes
- Structures creuses
- Caractéristiques incorporées telles que le nom du cycliste
Performance, alliage de titane
- Tige de selle plus légère de 44 % que la version en alliage d’aluminium
- Extrêmement robuste : testé conforme à EN 14766
- Résistant à la corrosion et durable
Est-il vraiment léger ?
L’ensemble du cadre du vélo a été divisé en sections et fabriqué avec la tige de selle sur une seule plaque et en une opération. Les alliages de titane sont plus denses que les alliages d’aluminium, les densités relatives se situant respectivement à environ 4 g/cm3 et 3 g/cm3. Par conséquent, la seule méthode permettant de réaliser une version en alliage de titane qui soit plus légère que la même version en alliage d’aluminium consiste à considérablement modifier le design afin d’éliminer la matière qui ne contribue pas à la résistance générale de la pièce.
La tige de selle originale en alliage d’aluminium pesait 360 g, et la version creuse en titane pèse 200 g, ce qui représente une réduction de poids de 44 %. Et ce n’est que la première itération ; après des analyses et des essais plus poussés, son poids pourrait encore être réduit. Le cadre de vélo original pesait 2 100 g. Dans sa version remaniée pour utiliser la fabrication additive, son poids est descendu à 1 400 g, soit un allègement de 33 %.
Il existe des vélos en fibres de carbone qui sont plus légers, mais Chris Williams, directeur général d’Empire Cycles, a déjà fait des recherches à ce sujet et indique que : « La durabilité d’un cadre en fibres de carbone n’est pas comparable à celle d’un vélo en métal. Cela convient parfaitement aux vélos ordinaires, mais lorsque vous descendez la montagne à brides abattues, vous risquez d’endommager le cadre. Je travaille minutieusement sur l’aspect technique de mes vélos pour être sûr qu’il n’y aura pas de réclamations sous garantie. »
Comment ce projet a-t-il été géré ?
Chris avait déjà réalisé une réplique 3D grandeur nature de son vélo actuel avant de faire appel à Renishaw. Il avait donc une petite idée de ce qu’il voulait obtenir. Renishaw avait initialement convenu d’optimiser et de fabriquer uniquement la tige de selle, mais celle-ci s’étant révélée très réussie, Renishaw a décidé que la fabrication du cadre complet était un objectif réalisable. Sur les conseils de l’équipe d’application Renishaw, Chris a perfectionné son modèle en tenant compte de ce qui donnerait des résultats optimaux. Le cadre a été divisé en sections afin de pouvoir utiliser la totalité de la hauteur de construction de 300 mm de la machine AM250.
Le principal avantage pour Empire Cycles tient aux performances supérieures que confère cette méthode de construction. Ce modèle présente tous les avantages de la fabrication « monocoque » en acier embouti utilisée pour les motos et les voitures, sans avoir à investir dans des outillages, ce qui serait un facteur prohibitif pour les petits fabricants. Le potentiel de performance reste à explorer, mais nous espérons poursuivre le développement de ce projet. Comme il n’est requis aucun outillage, il est facile d’introduire en permanence des améliorations dans le modèle, et comme les coûts des composants sont basés sur leur quantité et non pas sur leur complexité, il sera possible de réaliser des pièces très légères à moindre de coût.
La recherche dans les méthodes de collage a mené à la réalisation d’une colle par Mouldlife et à des installations d’essai fournies par les spécialistes techniques 3M. Nous allons poursuivre ces développements en partenariat afin d’examiner les améliorations itératives au niveau des méthodes de collage, comme des finitions superficielles spécifiques, par exemple. Les roues, la transmission et les composants du vélo exigés pour terminer le vélo seront fournis par Hope Technology Ltd. Ce projet a souligné qu’une collaboration étroite avec le client donne d’excellents résultats. Si vous avez un composant qui pourrait tirer parti d’une fabrication additive, contactez votre représentant local Renishaw pour plus d’informations.
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