9/12/22
La production d’un vélo prend des années. Il est donc crucial pour les fabricants de vélos de réussir chaque étape de la production. La phase de prototypage est une période critique du développement d’un produit. C’est l’occasion de tester les capacités du vélo – telles que la géométrie, le confort et le support – avant de procéder aux ajustements finaux pour la production.
Le fabricant allemand de vélos Kalkhoff a contacté Materialise pour l’aider à créer un prototype fonctionnel, en métal et imprimé en 3D, de ses nouveaux vélos électriques. Cette collaboration a permis de garantir que le portefeuille répondait aux normes élevées de l’entreprise et de produire des vélos pour les clients dans les délais les plus courts possibles.
Créer un prototype fonctionnel, imprimé en 3D, d’une nouvelle gamme de vélos électriques.
Kalkhoff est un fabricant de vélos allemand qui a plus de 100 ans d’expérience dans l’industrie du cycle, et leur longue histoire signifie qu’ils savent ce qu’il faut faire pour fabriquer un bon vélo. Cependant, le développement de tout nouveau vélo Kalkhoff est toujours un exercice d’équilibre. En particulier, les concepteurs doivent conserver la géométrie unique synonyme de vélos électriques Kalkhoff tout en tenant compte des pièces et accessoires supplémentaires inclus dans le design. L’entreprise s’efforce de faire en sorte que ses vélos soient confortables, agiles et fiables afin de garantir à chaque client une expérience de conduite fluide et agréable.
Pour atteindre ces objectifs, l’entreprise teste les roues de chaque vélo au-delà de ce qui est normalement attendu dans le secteur. Habituellement, les roues doivent résister à des charges allant jusqu’à 150 kg, mais certains fabricants s’abstiennent d’effectuer de tels tests. En comparaison, les vélos de Kalkhoff peuvent supporter environ 170 kg. « Notre entreprise est fière d’offrir à nos clients la possibilité de faire du vélo librement, sans limites », explique Rik Maes, designer industriel chez Kalkhoff Derby Cycle Werke GmbH. « Le vélo doit refléter la devise de notre entreprise : « Kalkhoff vous emmène partout » », ajoute-t-il.
Pour maintenir de tels niveaux, l’entreprise s’appuie sur des tests rigoureux effectués lors de la phase de prototypage. Kalkhoff a besoin de modèles pouvant être conduits, sur lesquels des pièces standard et personnalisées peuvent être montées et vérifiées afin de perfectionner la conception, de sorte que les prototypes doivent avoir l’aspect et le toucher exacts du vélo final. Il est difficile d’y parvenir avec des cadres en plastique, aussi l’entreprise a-t-elle exploré d’autres pistes, principalement l’impression 3D en métal.
Prototypes en métal imprimés en 3D, produits localement par des experts en AM
Kalkhoff a déjà fait appel à Materialise Manufacturing pour ses prototypes imprimés en plastique et a été impressionné par le service et la qualité. Cependant, l’équipe de Kalkhoff a récemment pris connaissance des capacités d’impression 3D en aluminium de Materialise lors d’un salon professionnel et a exploré plus avant cette voie pour ses nouveaux vélos électriques. « Kalkhoff est déjà un de nos clients bien connus, ce qui a simplifié les choses. Et comme notre nouveau centre de compétences en impression 3D métal à Brême est proche du siège de Kalkhoff à Cloppenburg, il semblait évident de poursuivre la relation pour ce projet « , explique Philip Buchholz, directeur de l’innovation Impression 3D métal chez Materialise.
Dans un premier temps, l’équipe de conception et d’ingénierie de Kalkhoff a créé les modèles 3D et les a convertis en un fichier imprimable. L’équipe a ensuite travaillé avec Materialise pour optimiser les modèles et choisir les aspects les plus favorables avant d’imprimer le modèle. Enfin, le cadre en plusieurs parties a été soudé, traité thermiquement et redressé par une chaîne dédiée de fournisseurs et d’experts en fabrication additive (AM). « Kalkhoff a bénéficié de notre expertise et de notre réseau de fabrication 3D de pointe qui traite plus de 30 matériaux lors du passage du plastique au métal », explique Philip.
Les designers de Kalkhoff ont travaillé avec Materialise pour optimiser les conceptions et choisir les aspects les plus favorables avant d’imprimer le modèle.
« L’espace d’installation des imprimantes 3D métalliques est plutôt limité, il était donc nécessaire de compléter le cadre en plusieurs segments », explique Philip. « Après l’impression, le cadre a été soudé et testé chez notre partenaire fiable, Seefried GmbH à Brême. ACTech s’est chargé du traitement thermique du cadre soudé, qui a été réalisé en deux étapes – recuit de mise en solution et vieillissement artificiel », poursuit-il.
Certaines étapes ont été réalisées en parallèle pour rationaliser encore plus le processus. « Tout en imprimant les composants individuels en 3D, le soudage de conception et le traitement thermique du cadre ont été effectués simultanément, en utilisant les données CAO du cadre du vélo », explique Michael Röhner, chef de produit Impression 3D métal chez ACTech. « Des situations comme celle-ci, et des moments comme après l’étape de recuit (qui nécessitent des mesures en temps réel du cadre avec une géométrie précise au millimètre près) ne sont pas possibles sans une coopération étroite et l’expertise de toutes les personnes impliquées », ajoute-t-il.
En raison de la construction de la moto, des facteurs tels que la rapidité, la communication et l’emplacement ont joué un rôle essentiel dans la production des prototypes en métal. « La communication avec l’équipe de Materialise a été ouverte, transparente et rapide, ce qui a facilité la construction des prototypes. Nous partageons le même état d’esprit et la même vision de la qualité », déclare Rik. « En outre, produire nos cadres avec leurs partenaires locaux nous a permis de gagner du temps, de faire des tests plus rapidement sans nous soucier des longues distances de transport. »
Prototype fonctionnel produit en six semaines, dépassant les tests les plus stricts
En général, le développement complet d’un vélo prend entre 2 et 2,5 ans. Mais le recours à l’impression 3D métal et aux experts AM du secteur a permis de gagner un temps considérable lors de la dernière étape du développement. « Nous avons réussi à livrer l’ensemble du cadre en six semaines du début à la fin », explique Philip. « Ce nouveau processus permettra de gagner environ trois mois dans la phase de développement », ajoute Rik.
Pour Kalkhoff, la qualité de construction est essentielle. Et pour le prototype en métal imprimé en 3D, l’équipe de fabrication a réussi à repositionner les coupes sur le vélo en tenant compte des charges existantes afin d’éviter les pics de tension dans les joints soudés.
Pour Kalkhoff, la qualité de construction est essentielle, car les soudures correctement formées sont l’une des marques distinctives de l’entreprise.
Toute l’équipe était impatiente de voir et de tester le prototype final en métal imprimé en 3D. En outre, le cadre en aluminium est un prototype entièrement fonctionnel, ce qui constitue un avantage certain par rapport aux variantes en plastique qui sont principalement destinées à des fins promotionnelles. « Nous avons appris qu’un cadre en aluminium imprimé en 3D est très facile à conduire », explique Rik. Le changement de matériau a permis à l’équipe de Kalkhoff d’effectuer des tests de fonctionnement réalistes et précis et d’exécuter des contrôles pour l’assemblage de pièces complémentaires. « La bride du moteur et le roulement de la fourche sont des interfaces particulièrement importantes dont il faut vérifier la fonctionnalité et la sécurité », explique Philip.
« Nous avons soumis le vélo à l’un de nos tests de charge les plus dynamiques de 170 kg sans aucun problème. Cela nous a un peu surpris ; nous avons été très impressionnés d’un point de vue technique », poursuit Rik.
Outre les tests fonctionnels, le prototype en métal est également adapté aux événements. Les clients peuvent tester le vélo lors de foires commerciales, ce qui permet de faire connaître la marque avant le lancement commercial. Rik souligne l’importance de telles démonstrations pour la notoriété de la marque et les avantages de l’impression 3D en général.
Le prototype en métal est adapté aux événements et aux essais.
« La FA est idéal pour nos essais et nos événements. Par exemple, notre exposition Kalkhoff Brand World est un excellent endroit pour présenter de tels prototypes. De plus, il y a une grande opportunité de fabriquer de manière plus productive et durable à l’avenir, car il y a moins de pertes de matériaux avec l’impression 3D.
« L’impression 3D métal a dépassé nos attentes, et nous pouvons apporter des modifications dans les plus brefs délais car aucun outil ou moule n’a dû être spécifiquement construit pour ce modèle. Dans la phase de développement ou de « gel de la conception technique », nous aurons des prototypes de conception mobiles où nous pourrons tester toutes les pièces sélectionnées. Cela n’a jamais été possible. Grâce à l’impression 3D métallique, nous pouvons obtenir des résultats de tests plus rapidement et avancer plus vite dans notre cycle de production. C’est une bonne chose pour nous, car nous sommes les premiers à commercialiser des vélos innovants pour nos clients. »
Article de notre partenaire Materialise
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