Heavy Bikes innove avec des cadres de vélo monoblocs en aluminium moulés avec des moules imprimés en 3D

Heavy Bikes, une entreprise spécialisée dans la fabrication de cadres de vélo, innove avec des cadres monoblocs en aluminium conçus à l’aide de moules imprimés en 3D. Cette méthode, rarement utilisée dans le moulage traditionnel des métaux, combine une technologie de pointe avec un savoir-faire ancien, offrant ainsi une solution révolutionnaire pour des vélos personnalisés et haute performance. Grâce à l’utilisation de techniques avancées d’impression 3D, Heavy Bikes transforme radicalement la conception, le test et la production des cadres en métal, rendant la personnalisation plus accessible et efficace.

L’impression 3D rencontre le moulage en fonderie

Alors que l’on associe rarement la fonderie à l’innovation, Charlie Murray, cofondateur de Heavy Bikes et de Foundry Casting Systems (FCS), a vu dans cette industrie une opportunité d’introduire des technologies modernes dans le processus de coulée des métaux. Fort de son expertise en automatisation et en contrôles industriels, Murray a compris que des défauts de coulée tels que la porosité et le retrait pouvaient être réduits en optimisant les processus.
Plutôt que de se limiter à l’usinage CNC traditionnel à partir de l’aluminium billette, il a imaginé une approche plus efficace : utiliser des moules imprimés en 3D pour produire des pièces moulées aux propriétés mécaniques améliorées. En collaboration avec des experts en fonderie, FCS a développé le procédé Pascal, une méthode innovante qui optimise la coulée par solidification sous pression. Ce procédé garantit un remplissage parfait du moule par le métal en fusion, réduisant ainsi les défauts et garantissant une qualité et une reproductibilité optimales.

Au cœur du processus de production de Heavy Bikes se trouve l’imprimante 3D S-Max d’ExOne, qui utilise  la technologie de jet de liant pour créer des moules précis à partir de sable de silice. Cette technique ouvre de nouvelles possibilités dans le moulage, permettant la réalisation de formes complexes et de designs sophistiqués qui seraient difficiles, voire impossibles, à obtenir avec des outils traditionnels.

La technologie de jet de liant permet également de se passer des outillages coûteux et chronophages, offrant à Heavy Bikes la possibilité d’itérer rapidement sur ses conceptions. Pour Murray, cette avancée est déterminante : « L’impression 3D permet à plus de gens d’explorer le moulage », affirme-t-il. Autrefois découragés par les coûts élevés de l’outillage et de l’itération, ils peuvent désormais s’ouvrir à de nouvelles possibilités.

Grâce à ce processus, Heavy Bikes peut fabriquer des cadres en aluminium monobloc sans soudures, offrant des avantages uniques en termes de résistance et de durabilité par rapport aux cadres tubulaires soudés traditionnels.

Réinventer le moulage

Le procédé Pascal de Foundry Casting Systems améliore les propriétés mécaniques des cadres en aluminium de Heavy Bikes. En injectant un gaz inerte dans le moule pendant la solidification, ce processus crée une pression qui assure un remplissage optimal des passages les plus complexes, produisant ainsi une structure dense et robuste.

La clé du procédé Pascal réside dans sa capacité à augmenter l’alimentation en masse pendant la coulée. Alors qu’une colonne montante traditionnelle de 12 pouces à pression atmosphérique offre une certaine pression, le procédé Pascal équivaut à une colonne montante de 70 pieds tout en utilisant une colonne de seulement 1 pied. Cette innovation réduit les défauts comme la porosité, renforçant ainsi les pièces moulées.

L’un des avantages les plus importants de l’utilisation de moules imprimés en 3D est la possibilité de personnaliser chaque cadre en fonction des besoins du cycliste. Murray, lui-même ancien cycliste de compétition, a saisi l’importance de proposer des cadres adaptés à différents types de morphologies et de styles de conduite. L’impression 3D permet des ajustements rapides et sans surcoût, offrant ainsi une flexibilité inédite par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication. Cette liberté a également permis à Heavy Bikes d’explorer de nouvelles formes et configurations.

Du concept à la réalité : le vélo Hypocrite

Le premier prototype de Heavy Bikes, surnommé « l’Hypocrite », a été coulé grâce à un moule imprimé en 3D de Liberty Pattern, un des leaders dans la fabrication de moules complexes en sable. Exploitant une flotte de cinq imprimantes 3D ExOne S-Max, Liberty Pattern a permis à Heavy Bikes de concrétiser rapidement et à moindre coût le cadre de vélo Hypocrite.

Craft Pattern and Mold, autre partenaire clé, a utilisé le procédé Pascal pour couler ce prototype en pompant du gaz inerte dans le moule à 150 psi, garantissant ainsi que l’aluminium remplisse même les sections les plus petites et détaillées du cadre. Le résultat est un cadre monobloc sans soudures, éliminant les points faibles traditionnels et offrant une résistance accrue grâce à la pressurisation unique du procédé Pascal.

Avec chaque itération, Heavy Bikes a affiné la conception, réduisant le poids du cadre tout en conservant son intégrité structurelle. Les derniers modèles, coulés en septembre 2024 chez Denison Industries, sont 1,1 lb plus légers que les versions précédentes, tout cela grâce aux améliorations continues rendues possibles par la conception numérique et les moules imprimés en 3D.

Murray est convaincu que les cadres Heavy Bikes ne sont pas seulement fonctionnels, mais aussi de véritables œuvres d’art. La liberté créative qu’offre l’impression 3D permet de personnaliser chaque cadre avec des motifs uniques, comme des logos ou des textures, difficilement réalisables avec les techniques traditionnelles. Qu’ils soient peints, anodisés ou laissés bruts, les cadres de Heavy Bikes se démarquent par leur esthétique personnalisée, tout en offrant une performance incomparable sur le marché du cyclisme.

L’étude de cas complète peut être téléchargée ici.