Un fabricant suédois de scooters courbe la tôle en pensant à la durabilité

Les fondateurs de Stilride, Jonas Nyvang et Tue Beijer, se tiennent à côté du scooter électrique de l'entreprise. L'ensemble du châssis ne comprend que six pièces minces en acier inoxydable incurvé. Images : Stilride

Regardez attentivement un châssis en acier inoxydable d'un prototype de scooter électrique de Stilride, une startup suédoise, et vous verrez un design élégant qui ne comprend qu'une poignée de composants en tôle. Les conceptions de châssis traditionnelles intègrent des dizaines de pièces en tôle, usinées et en plastique. Au moment d'écrire ces lignes, Stilride n'en utilise que neuf.

L'entreprise y parvient grâce à une méthode de formage de pièces unique. Les composants commencent comme des ébauches très fines. Disposées et formées comme elles le sont, ces neuf pièces de tôle finissent par être plusieurs fois plus résistantes qu'un châssis de scooter typique, selon la société, ajoutant que la conception est environ 50 fois plus résistante que certains châssis tubulaires.

Les formes n'ont pas d'angles de courbure traditionnels ni même de rayons en forme de bosse, qui auraient pu être créés sur une presse plieuse, une plieuse de panneaux ou une plieuse. Ils comprennent plutôt des courbes complexes créant une combinaison de surfaces convexes et concaves - le type de forme qui aurait peut-être pu être réalisé par une matrice d'estampage dédiée et très coûteuse (bien que les géométries complexes puissent présenter certains défis). Dans ce cas, cependant, il n'y a pas de matrice d'emboutissage ou d'outil dédié d'aucune sorte.

Tue Beijer, co-fondateur et directeur de la technologie de Stilride, a déclaré que l'idée d'un nouveau processus de formage de tôle provenait de l'un des processus de conception les plus anciens de la planète, l'origami. Pliez du papier épais d'une certaine manière et vous sentirez à quel point certains plis rendent un dessin plus rigide. "Lorsque vous concevez des courbes dans vos formes, vous avez besoin de moins d'opérations [pour créer la pièce]. Et du point de vue de la conception, la forme incurvée crée de la force. La forme devient imbriquée."

Une pièce en tôle formée peut être extraordinairement solide, élégante et efficace, mais peut-elle être fabriquée à grande échelle ? Selon Beijer, Stilride a trouvé un moyen.

"Lorsque vous vous repliez sur une courbe", a-t-il déclaré, "les choses commencent à se produire."

La conception du scooter de Stilride semble provenir d'un studio d'artiste en métal, et si c'était vraiment le cas, ce serait une curiosité mais pas beaucoup plus ; la conception était peut-être solide et élégante, mais elle ne pouvait pas être fabriquée à grande échelle.

Beijer et son ami et co-fondateur de la société Jonas Nyvang ont des plans différents. À l'automne 2022, l'entreprise a supervisé la mise en œuvre d'une cellule automatisée unique dans laquelle les tôles d'acier sont acheminées vers des robots avec des pinces spéciales qui forment chaque pièce sur des courbes. Le mouvement du robot détermine la géométrie finale. Il s'agit de la dernière itération de ce que l'entreprise appelle la méthode de formage de tôle Stilfold. "Plier ou manipuler l'une des surfaces, concave ou convexe, affectera l'autre surface", a déclaré Beijer. "Le verrouillage d'un système de surfaces courbes et pliées, [presque] comme une poutre, créera donc une structure solide."

La formation se produit dans une cellule robotisée (en raison de brevets en instance, la société n'a pas pu divulguer plus de détails sur le système). La complexité réside dans le logiciel - le dépliage de la forme formée pour créer la taille de flan souhaitée pour la découpe au laser, et la programmation qui indique au robot exactement comment se déplacer pour créer la forme incurvée de manière reproductible.

Dans une déclaration envoyée par e-mail, la société a décrit le processus de la manière suivante : "Tout d'abord, les concepteurs utilisent le logiciel Stilfold pour simuler le pliage et le dépliage de la structure souhaitée à partir d'une tôle, afin qu'ils puissent créer des directives de pliage et programmer les bras robotiques pour effectuer le processus de pliage. Pendant le processus de pliage, les tôles d'acier sont introduites une par une dans une cellule robotisée. Des bras robotisés avec des raccords spéciaux plient chaque pièce sur des courbes pour créer la structure souhaitée."

Le procédé Stilfold courbe la tôle de manière à limiter le nombre de pièces nécessaires à un assemblage, tout en augmentant sa résistance.

"Stilride a développé le procédé Stilfold. Nous avons principalement contribué à nos compétences de base autour de la production et de la fabrication de l'acier."

C'était Mikael Norlén, PDG de Brantheim, un fabricant sur mesure à Tyresö, en Suède, qui a commencé à travailler avec Stilride tout en participant à un projet de recherche financé par l'Association suédoise de l'acier et l'Agence suédoise de l'innovation. Le fabricant dispose d'une gamme complète de technologies de découpe, de pliage et de soudage de tôles, y compris le soudage robotisé au laser.

"Stilride a testé [sa méthode de formation de courbes] sur plusieurs feuilles de taille, et nous l'avons essayée sur des plaques métalliques de 0,5 à 3 mm [d'épaisseur]", a déclaré Norlén dans un e-mail. "[Le processus] permet des formes et des formes complexes… et avec Stilride, nous explorons ses limites en termes d'épaisseur de matériau, de qualité et de limite d'élasticité."

Beijer a ajouté que le soudage se produit parfois après le pliage, mais d'autres fois, il se produit avant le pliage. "Certaines pièces sont soudées à plat, puis pliées dans la forme finale."

Le processus a parcouru un long chemin au cours des deux dernières années. Les fondateurs ont commencé le style origami en utilisant du papier cartonné, un élément qui reste à la base du processus de conception de l'entreprise. Aujourd'hui encore, les logiciels de conception complètent le prototype papier, mais ne le remplacent pas.

"Ces prototypes nous aident à tracer le processus de pliage de courbe à moindre coût et efficacement", a déclaré Beijer, "avant de tester [la conception] sur des tôles beaucoup plus chères."

Une fois le prototypage du châssis du scooter passé à la tôle, les concepteurs ont utilisé des ébauches découpées au laser avec des lignes de pliage perforées, à plier à la main. Une succession de lignes courbées dans plusieurs directions était censée imiter la structure incurvée finale, encore une fois, un peu comme l'origami.

Puis vint le travail sur le procédé Stilfold lui-même. Selon Beijer, la configuration robotique est unique, mais elle est aussi assez simple. Le cœur de la formation de courbes réside dans un logiciel qui se plie et se déplie (ou se courbe et se déplie, puisque la tôle n'est pas pliée sur une ligne de pliage), ce qui tient compte de la variabilité du processus comme le retour élastique. La société envisage également certaines technologies qui fourniraient une surveillance en cours de fabrication pour s'assurer que le métal se forme comme prévu. Dans le même temps, les dernières conceptions de châssis utilisent des techniques de fixation automatique à languettes et fentes et similaires.

La formation de courbes "plie" le métal dans plusieurs directions, de sorte que les bords d'accouplement sont également incurvés. Pourtant, les conceptions auto-fixantes aident à produire des ajustements serrés pour le soudage. En fait, les dernières itérations du scooter ont des joints soudés au laser. Dans le même temps, le nombre de joints de soudure et d'étapes d'assemblage dans l'ensemble a diminué à chaque itération du châssis. Le premier prototype comportait plus de 15 pièces en tôle; aujourd'hui, il n'y en a plus qu'une demi-douzaine.

Les fondateurs ont lancé Stilride au début de 2020 avec plusieurs objectifs en tête, et tous sont liés à la durabilité environnementale. Tout d'abord, ils voulaient concevoir et fabriquer un scooter électrique avec une conception nouvelle, simple et légère. Lors d'un appel Zoom fin décembre, Beijer a soulevé le châssis du scooter en acier inoxydable d'une table voisine.

Stilride mise sur du papier cartonné, des maquettes façon origami. Les logiciels de conception complètent et augmentent, mais ne remplacent pas, le prototypage de style origami.

"C'est de l'acier inoxydable, donc ce n'est pas le matériau le plus léger", a-t-il dit, "mais il ne pèse que 8,9 kilos [moins de 20 livres]." Il a ajouté qu'un châssis de scooter conventionnel pouvait peser 120 livres. et utiliser une douzaine ou plus de types de matériaux différents, y compris la tôle, le caoutchouc et le plastique. Et oui, sur une base par pièce, le plastique peut être moins cher que la tôle et peut-être aider à réduire le poids de certains produits, mais à quel prix ? Tout produit qui utilise une multitude de pièces et de matériaux différents nécessitera une chaîne d'approvisionnement plus longue et généralement plus compliquée qui peut être mauvaise pour l'environnement et, comme l'a prouvé la pandémie, très coûteuse pour les entreprises.

Stilride a adopté une approche différente. Au lieu de s'efforcer de réduire le coût de chaque pièce, les concepteurs visent à utiliser moins de pièces. Plus ces pièces peuvent être fabriquées facilement, idéalement auprès de fournisseurs proches, plus la chaîne d'approvisionnement peut être résiliente et durable sur le plan environnemental.

Cela rejoint le deuxième objectif des fondateurs : créer un processus qui pourrait évoluer en utilisant un modèle de fabrication décentralisé et distribué.

"Les petits magasins soutiennent vraiment l'économie", a déclaré Beijer.

Surtout depuis la pandémie, toute la chaîne d'approvisionnement constitue des stocks tampons pour tenir compte des incertitudes, comme certaines pièces qui ne peuvent être obtenues qu'auprès de certains fournisseurs. Même Stilride n'a pas été à l'abri des perturbations de la chaîne d'approvisionnement, en particulier pour les composants à l'intérieur du châssis du scooter. Mais cela n'a pas été le cas pour la tôle. Les prix des matériaux ont varié, bien sûr, mais le matériau est disponible auprès d'usines et de distributeurs locaux, et non d'une usine ou d'une usine à l'autre bout de la planète.

Le modèle de fabrication distribuée "peut être l'une des plus grandes choses qui contribuent à une faible empreinte carbone", a déclaré Beijer. "Au lieu de construire une méga-usine et de tout produire en Chine, nous voulons renforcer les petits ateliers qui existent déjà. Nous pouvons simplement leur envoyer le code [Stilfold], et ils peuvent produire près du client final."

Il a ajouté que, selon ce modèle, divers ateliers de fabrication personnalisés équipés de la bonne technologie seraient certifiés pour effectuer le processus Stilfold. L'arrangement pourrait également simplifier la chaîne d'approvisionnement et même contourner les tarifs et autres barrières commerciales. La conception des produits et des processus aurait lieu en Suède, mais la fabrication aurait lieu dans le pays de consommation.

Au moment d'écrire ces lignes, le scooter électrique de la société est en attente d'approbation réglementaire dans l'UE, et les fondateurs espèrent commencer à expédier des produits cette année. Dans le même temps, d'autres équipementiers ont manifesté leur intérêt pour le procédé Stilfold, notamment le constructeur de véhicules électriques Polestar, qui s'est associé à Stilride pour produire une voiture climatiquement neutre d'ici 2030, sans compensation carbone. Selon un communiqué de presse de Stilride, Stilride intégrera son expertise en tôlerie dans la conception de la carrosserie en blanc de Polestar.

Thomas Ingenlath, PDG de Polestar, a ajouté ce qui suit dans un communiqué : "Le véritable potentiel des voitures électriques sera réalisé lorsque nous, en tant qu'industrie, pourrons dire adieu non seulement aux émissions d'échappement, mais également aux émissions liées à la production."

Outre les implications environnementales, le pliage des courbes pourrait aider les fabricants à ajouter encore plus de valeur qu'ils ne le font déjà. Considérons un assemblage avec de nombreuses pièces de matériaux différents. La majeure partie du coût pourrait être dans le matériau lui-même, et non dans la valeur ajoutée des ateliers de fabrication coupant, pliant, soudant et assemblant des composants.

Lorsque la conception des produits évolue, grâce à la façon dont la tôle est formée (ou courbée), moins de pièces font le travail de plusieurs. À ce stade, l'équation change. Le matériel pourrait être plus cher, mais comme la quantité utilisée diminue, son coût diminue également. Dans le même temps, les fabricants de valeur fournissent des fusées éclairantes. Les fondateurs de Stilride ont de grands rêves, et si ces rêves deviennent réalité, moins signifiera vraiment plus.