Materialise et Alugear impriment en 3D un pédalier en titane 50 % plus léger
Ce composant haute performance est adapté aux vélos tout-terrain
Alugear, fabricant polonais de composants de vélo haute performance, s’appuie traditionnellement sur l’usinage CNC pour produire ses pièces. Récemment, l’entreprise s’est toutefois associée à Materialise afin d’exploiter les avantages de la fabrication additive pour un ensemble de pédalier destiné aux vélos tout-terrain. Grâce à l’accompagnement de Materialise, Alugear a pu combiner usinage CNC et FA pour créer un pédalier en titane 50 % plus léger que son équivalent fabriqué uniquement par des procédés soustractifs.
Le fabricant polonais de composants cyclistes a contacté Materialise avec l’objectif d’explorer l’utilisation de la FA, sans savoir précisément par où commencer. À l’issue d’un processus d’analyse collaborative, les partenaires ont identifié une application pour laquelle la FA métal pouvait apporter un gain significatif en matière de performances : le pédalier, composant essentiel au transfert de puissance sur tous les vélos à propulsion humaine.
« Lorsque nous avons perçu le potentiel de création d’un pédalier plus léger et plus résistant, capable de répondre aux exigences de différentes disciplines, nous avons su qu’il s’agissait du composant idéal pour débuter notre parcours en impression 3D », explique Dawid Dyngosz, cofondateur d’Alugear. « Nous savions que l’impression 3D offrirait les bénéfices de performance recherchés, et Materialise était le partenaire adéquat pour nous accompagner du concept à la production. C’est son expertise en impression 3D qui nous a conduits à lancer ce projet. »
L’objectif du pédalier optimisé par FA était de concevoir un produit à la fois plus léger et plus robuste que les pièces fabriquées de manière traditionnelle, adaptable à différents types de vélos, tout en offrant les performances de très haut niveau exigées par les cyclistes professionnels. Pour y parvenir, les partenaires sont repartis d’une feuille blanche, redessinant le pédalier afin de réduire son poids tout en respectant les exigences des essais de charge élevés de la norme ISO 4210, comprenant 100 000 cycles de fatigue. La réduction de masse a été obtenue en évidant la pièce, tandis que le titane a été retenu comme matériau optimal grâce à son excellent rapport résistance/poids. Ce matériau permettait en effet d’affiner au maximum l’épaisseur des parois sans compromettre les performances ni la durabilité.
La simulation a également joué un rôle déterminant dans la réussite du projet. Le module de simulation de Materialise Magics a permis de vérifier que la combinaison de la FA et de l’usinage post-impression n’affecterait ni la constance des tolérances ni l’homogénéité des pièces. « Il s’agissait d’une phase particulièrement complexe du processus », explique Simone Cannella, responsable de l’innovation chez Materialise. « Nous devions trouver le juste équilibre entre les propriétés mécaniques, les performances de la pièce, la conception adaptée au post-traitement, le coût du projet, l’orientation de fabrication et les paramètres d’impression. Ces éléments sont souvent contradictoires, et l’identification d’un optimum global a été essentielle pour concrétiser le projet. »
Après plusieurs itérations, Materialise et Alugear ont déterminé la géométrie brute idéale pour le post-traitement ainsi que la configuration finale optimale. Materialise a ensuite conçu une plateforme de fabrication imbriquée sur mesure, optimisée à la fois pour le mélange de production et la qualité des pièces. Cette configuration permet à Alugear d’imprimer simultanément jusqu’à quatre longueurs différentes du pédalier en titane.
« L’objectif n’était pas d’imprimer une pièce le plus rapidement possible, mais de combiner plusieurs solutions de fabrication critiques tout en conservant un faible poids, une résistance exceptionnelle et un design de grande qualité », ajoute Dawid Dyngosz. « Les simulations nous ont permis d’identifier les problèmes avant qu’ils ne surviennent, puis nous avons soumis les prototypes à des essais de fatigue en conditions réelles chez Alugear. C’est uniquement de cette manière que nous avons pu trouver la combinaison idéale et optimiser les coûts de production. »
Le pédalier final, imprimé en 3D puis usiné, est conforme à la norme ISO 4210 et affiche une masse de 345 grammes, soit une réduction de poids de 50 % par rapport à la pièce initiale usinée. L’utilisation de la FA a également permis de consolider la structure du pédalier en une seule pièce, réduisant le recours au soudage et les risques de défauts liés à l’assemblage. En outre, la conception autoportante limite les étapes de post-production et facilite la montée en cadence.
La capacité de mise à l’échelle constitue d’ailleurs l’un des résultats majeurs du projet. « Ce qui rend cette pièce véritablement révolutionnaire dans l’industrie, c’est sa répétabilité », souligne Dyngosz. « Alugear est le premier à proposer un pédalier en titane imprimé en 3D et entièrement usiné par CNC pouvant être produit de manière fiable, industrielle et économiquement viable. Il existe sur le marché des unités de démonstration ou des prototypes isolés, mais ils n’ont pas été testés avec autant de rigueur ni développés selon un processus aussi abouti. Notre produit garantit qualité, durabilité et performance, soutenues par l’expérience et de multiples phases de prototypage. »
Le pédalier en titane imprimé en 3D présenté ici est conçu pour un usage tout-terrain, mais Alugear est en mesure d’adapter la conception de façon maîtrisée à d’autres types de vélos. L’entreprise souhaite par ailleurs approfondir l’adoption de la FA métal et identifier d’autres composants susceptibles de bénéficier de cette technologie.
