L'impression 3D est-elle la prochaine grande nouveauté du cyclisme ?

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L'impression 3D est-elle la prochaine grande nouveauté du cyclisme ?
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Vidéo: Comment CRÉER ses première FIGURINES grâce à l'impression 3D ? 2024, Mars
Anonim

Des imprimantes autorépliquantes créant des objets à partir de dessins informatiques ? Pas de la science-fiction, mais une réalité qui va révolutionner la fabrication

Bien que vous ne le pensiez peut-être pas, 1986 a été une année charnière. La déréglementation de la Bourse de Londres a changé notre façon de penser l'argent; Tchernobyl a changé notre façon de penser à l'énergie nucléaire; Top Gun a changé notre façon de penser les bandes originales de films et, pour ceux qui y prêtent une attention particulière, un gentleman américain du nom de Chuck Hull a changé notre façon de penser la fabrication.

Cette année-là, le 11 mars (peut-être environ un million de jours depuis la fondation traditionnelle de Rome), Hull a reçu le brevet américain numéro 4 575 330: Appareil pour la production d'objets tridimensionnels par stéréolithographie. Ainsi est née l'imprimante 3D.

« Chuck Hull est le gars qui a tout déclenché », déclare Phil Kilburn, directeur des ventes de la société d'impression 3D 3T RPD. «Il travaillait pour Xerox à l'époque et a eu l'idée de superposer des encres pour créer un modèle solide en trois dimensions. Il a suivi ce processus et a lancé la première entreprise d'impression 3D, 3D Systems.'

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Au début

L'imprimante 3D originale de Hull utilisait une lumière ultraviolette pour dessiner une forme bidimensionnelle sur la surface d'une cuve de photopolymère liquide, une substance qui devient solide lorsqu'elle est exposée aux rayons ultraviolets. Ce processus se répète encore et encore, créant des couches 2D pour créer un objet 3D. Bien que les processus et les matériaux utilisés dans les imprimantes 3D aient parcouru un long chemin depuis lors, les rudiments restent les mêmes.

« Les machines que nous utilisons utilisent désormais des lasers », déclare Martyn Harris, responsable informatique de 3T RPD. « Le processus est extrêmement astucieux, mais dans sa forme de base, il est très simple: prenez de la poudre et faites-la fondre. Ainsi, dans nos machines, vous avez un lit de matériau en poudre, par exemple du nylon, qui est chauffé dans la chambre de l'imprimante juste en dessous de son point de fusion. Les lasers tracent ensuite des coupes transversales bidimensionnelles du composant que vous souhaitez produire sur la poudre, en faisant fondre une couche 2D à chaque fois. Une fois qu'une couche est tracée, le lit de l'imprimante descend de, disons, 120 microns [0,12 mm], puis un bras de revêtement étale une autre couche de matériau en poudre sur le dessus et le processus recommence, avec les lasers traçant la couche suivante.'

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Ce processus est basé sur la méthode de « frittage », où à des températures élevées, les atomes des particules d'une poudre se diffusent les uns dans les autres et deviennent une pièce solide. Mais il ne suffit pas de pointer un laser sur du plastique et de s'attendre à ce qu'un objet utile émerge.

« Ce que vous faites d'abord, c'est créer un modèle CAO 3D [conception assistée par ordinateur] de ce que vous voulez faire », déclare Harris.«Ensuite, à l'aide d'un logiciel sur mesure, vous emballez les modèles dans un espace 3D virtuel qui reflète la taille du lit de l'imprimante. À partir de là, vous enregistrez tous vos fichiers au format STL (stéréolithographie ou fichiers triangulés) et lorsque vous avez préparé les fichiers, vous les découpez en gros dans l'épaisseur que vous construisez. Tous ces fichiers découpés sont envoyés à l'ordinateur qui contrôle l'imprimante, puis il suffit d'appuyer sur go, et l'imprimante l'imprimera. Ironiquement, beaucoup de pièces de ces imprimantes sont imprimées sur d'autres imprimantes ici, elles sont donc devenues auto-répétitives.'

Harris est impliqué dans 3T RPD depuis 13 ans et, plus récemment, a fondé Race Ware, une entreprise de composants de vélo qui fabrique ses produits - des supports Garmin en plastique aux attrape-chaînes en titane - à l'aide des imprimantes 3T RPD.

« Je me suis lancé là-dedans parce que je dirige un SRM et que j'ai une paire de barres Easton TT », explique Harris. «Quand je suis allé chercher un support de barre, tout ce que j'ai pu trouver était un kit d'adaptateur horrible, alors j'ai pensé que je ferais le mien. Je me suis dit que si j'en faisais un pour moi, je verrais si quelqu'un d'autre en voulait un aussi, alors je suis allé sur un forum TT et j'ai demandé autour de moi. Ce gars appelé Jason Swann a dit qu'il voulait un Garmin, et il était un concepteur CAO alors il m'a donné le design. Il ne nous a fallu que trois ou quatre mois pour passer de la première itération à la version que nous vendons maintenant.'

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Comme l'indique Harris, l'une des principales avancées de la fabrication 3D est la rapidité et la facilité avec lesquelles les produits peuvent être fabriqués et affinés. Le processus global, de la planche à dessin à l'article fini, est exceptionnellement rapide par rapport aux méthodes plus traditionnelles, bien que les temps de construction puissent prendre de quelques heures à environ une semaine, selon la complexité et le nombre de produits imprimés.

‘Contrairement à d’autres processus de fabrication, comme le moulage par injection, avec l’impression 3D, il n’y a pas d’outillage’, explique Harris. « Tout ce que j'ai à faire est de créer le modèle CAO, de faire quelques tests, de faire quelques ajustements, puis, quand je suis satisfait, de lancer l'impression. Les gens ont du mal à s'y retrouver. Ils demandent quel est le délai de livraison et je peux répondre: "Deux ou trois semaines", alors qu'ils sont habitués à ce que quelqu'un dise: "Ce sera prêt d'ici le quatrième trimestre de l'année prochaine".

Prototypage rapide

Bien sûr, 3T RPD et Race Ware ne sont pas seuls; d'autres fabricants et industries profitent actuellement des avantages de l'impression 3D et cherchent à repousser toujours plus loin les limites. Audi a utilisé des robots d'impression 3D pour créer le concept-car RSQ qui est apparu dans le film I, Robot; Des équipes de Formule 1 telles que Sauber utilisent des conduits de frein imprimés en 3D sur leurs voitures et, plus récemment, le cabinet d'architectes néerlandais Dus Architects a annoncé son intention d'imprimer en 3D une maison entière. Donc, si tout cela est faisable (la maison serait construite en plusieurs parties sur une imprimante de six mètres de haut appelée "KarmerMaker"), quelles pourraient être les implications pour les vélos eux-mêmes ? Un homme qui pense savoir est le responsable de la recherche et du développement chez Ridley bikes, Dirk Van den Berk.

‘Nous imprimons de petits prototypes de composants depuis deux ou trois ans, comme le frein de la fourche Noah Fast’, explique Van den Berk. «Mais pour la première fois cette année [2013], nous avons imprimé un cadre entier dans le cadre du développement de notre nouvelle version du vélo Dean TT. Il n'est pas assez solide pour être monté ou testé sous contrainte, mais il est idéal pour les tests aérodynamiques en soufflerie et les tests d'assemblage, où nous pouvons le construire avec de vrais composants pour voir que tout s'adapte.

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Comme avec Race Ware, ce type particulier d'impression 3D - connu sous le nom de prototypage rapide - permet à Ridley d'apporter des modifications rapidement et à moindre coût. «Le doyen a commencé avec des formes de tubes à tester dans le tunnel. Ensuite, nous avons construit des cadres complets. Nous les testons, les évaluons, puis revenons en arrière et apportons de petits changements. C'est la grande chose - de petits changements peuvent être apportés très rapidement. Il vous suffit d'appuyer sur un bouton et d'attendre que l'imprimante arrête d'imprimer.

‘Auparavant, vous utilisiez des ordinateurs et des logiciels pour créer un cadre, jusqu'à ce que vous donniez le feu vert et que les fabricants de cadres commencent à couper les moules. Bien que l'impression 3D ne soit pas une technologie bon marché, elle est certainement moins chère que d'ouvrir un moule, de voir quelque chose qui ne va pas avec le cadre et de devoir recommencer », ajoute Van de Berk.

Donc, si des entreprises telles que 3T RPD peuvent imprimer en métal et que des fabricants tels que Ridley impriment déjà des cadres de vélo prototypes entiers, pourquoi ne pouvons-nous pas assembler les deux et commencer à imprimer des vélos utilisables ?

‘Pour un cadre complet, c’est assez difficile à cause de la façon dont un cadre est chargé pendant la conduite’, explique Van den Berk. « C'est une structure complexe qui doit être capable de faire face à toutes sortes de contraintes et de contraintes. Avec le carbone, la façon dont vous créez les couches est ce qui rend un cadre solide ou rigide dans une certaine direction. Avec l'impression, il est beaucoup plus difficile de contrôler les propriétés de

le matériau et c'est ce qui rend la production de cadres difficile. Cependant, les choses vont certainement dans cette direction.’

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Économies d'échelle

De retour outre-Manche à Bristol, il y a une entreprise pour qui la réalité des cadres imprimés en 3D se rapproche de plus en plus – du moins en partie.

Charge Bikes a travaillé avec EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) pour créer les premiers décrocheurs imprimés en production. Fabriqués à partir de titane Ti6Al4V, les décrocheurs sont imprimés dans les installations d'EADS avant d'être expédiés à Taïwan pour être soudés dans les vélos cross congélateurs de Charge. Cependant, alors que les tests EN et huit mois exténuants sous le pilote professionnel Charge Chris Metcalfe ont montré que les abandons étaient tout aussi réussis que leurs cousins CNC, eux et le processus dont ils font partie ne sont pas sans limites.

Neil Cousins de Charge dit: «Actuellement, les décrochages imprimés ajoutent 20% au coût d'un cadre de congélateur standard, en partie parce que chaque construction ne peut produire qu'un maximum de 50 décrochages en raison de la taille de l'imprimante. Nous sommes également limités par le nombre d'imprimantes - actuellement, seules trois autres entreprises au Royaume-Uni en ont - et l'expertise et les compétences nécessaires pour les utiliser. '

Cousins souligne qu'il n'y a aucune raison pour qu'à l'avenir le coût de production de telles pièces ne puisse pas baisser à mesure que la taille et le nombre de machines augmentent, mais pour le moment, il est réaliste quant à l'orientation de la technologie: Nous sommes toujours à venir avec des plans de pièces et vient d'embaucher un nouveau designer industriel ici. Une chose à retenir est que beaucoup de pièces seront si chères que nous devons faire attention à ne pas faire quelque chose qui restera sur les étagères de nos distributeurs pendant des années. Cela dit, de nombreux grands acteurs de l'industrie du vélo ont été en contact avec nous et EADS pour obtenir plus d'informations sur la technologie, et à plus court terme, je peux facilement voir l'impression 3D être utilisée pour fabriquer des composants tels que des moyeux, des mechs et cassettes.'

Martyn Harris de Race Ware pourrait bien avoir une longueur d'avance, après avoir collaboré avec le gourou de l'aérodynamique Simon Smart pour fabriquer une potence en titane. Bien que loin d'être un article fini et vendable (Harris estime que la version actuelle lui a coûté 5 000 £, il pourrait donc être un peu difficile d'en changer), cela sert simplement à prouver à quel niveau se trouve actuellement l'impression 3D, et aussi ce il va falloir aller là où des entreprises telles que Race Ware et Charge aimeraient aller.

«La clé de l'avenir de l'impression 3D est de comprendre le processus», déclare Phil Kilburn de 3T RPD. «Il a fallu beaucoup de travail missionnaire de notre part pour amener les gens à croire en la technologie, pour éduquer les gens sur ce qu'elle peut et ne peut pas faire. Ce n'est qu'une fois que vous avez compris le processus que vous pouvez en profiter. Elle n'en est pas encore là, mais quand elle le sera, l'impression 3D va exploser.'

Les petits caractères: comment fonctionne réellement l'impression 3D

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  • En plus de construire en plastique, 3T RPD dispose d'une série de machines qui impriment des pièces métalliques, comme ces attrape-chaînes en titane commandés par Race Ware.
  • La chambre de l'imprimante est chauffée à 70 °C, avant qu'un laser à fibre unique, fonctionnant à 1 000 °C+, trace les couches bidimensionnelles dans un lit de poudre de titane.
  • La lumière blanche brillante que vous pouvez voir n'est pas le point du laser, mais plutôt une lumière intense qui est émise lorsque le titane en poudre fond.
  • Les attrape-chaînes sont construits en couches de 20 microns. Une fois chaque couche tracée, le lit de l'imprimante chute de 0,02 mm avant qu'une nouvelle couche de poudre ne soit étalée.
  • Les lits d'imprimante en métal ont tendance à être beaucoup plus petits que les lits d'imprimante en plastique. Mais les dernières machines de 3T RPD construisent déjà 50 % de plus que leurs prédécesseurs.
  • Le gros problème avec l'agrandissement des imprimantes vient de la mise au point des lasers. Les imprimantes métalliques plus petites utilisent un seul laser, tandis que les imprimantes plastiques à grande surface doivent en utiliser deux.
  • L'impression de trois attrape-chaînes en titane prend environ quatre heures. Jusqu'à 50 peuvent être pressés dans le lit de l'imprimante, mais le temps de construction passera à environ 12 heures.
  • Lorsque la construction est terminée, les pièces peuvent être retirées presque comme si on récupérait une pierre d'un tas de sable. Une grande partie de la poudre restante est recyclée et réintroduite dans la construction suivante.

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