Marteaux imprimés dans la mécanique d'un piano

• Solution requise : pièces pour les capsules des marteaux d'un piano
• Mode de fabrication :  frittage sélectif par laser avec poudre FSL
• Exigences : pièces précises, résistantes à l'usure et à faible frottement
• Matériau : iglidur I3
• Secteur : secteur de la musique
• Bénéfice de la coopération : fabrication économique de pièces fonctionnelles sur mesure, résistance à l'humidité et aux conditions climatiques, longue durée de vie

Brève description de l'application :
La plupart des pièces des pianos traditionnels sont en bois. Mais le bois est sensible à l'humidité et aux changements de température. Pour y remédier, Phoenix Pianos a mis au point le système de marteaux D3D sous la direction de Richard Dain. La mécanique avec ses marteaux, qui assure la génération du son, fait appel presque uniquement à de la fibre de carbone et à des polymères dans la nouvelle version. Les pièces mobiles et fixes de la capsule du marteau ont été réalisées en iglidur I3, un polymère hautes performances optimisé en termes tribologiques. Les marteaux, fabriqués par frittage laser permettant une reproduction précise des pièces d'origine, améliorent la qualité du son, augmentent la durée de vie et réduisent l'entretien requis.

 

Capsule de marteau en iglidur I3 avec pivot métallique

Problème

La tradition centenaire de la construction de pianos repose sur l'usage du bois. La mécanique des marteaux qui percutent les cordes dans le piano doit être d'une grande précision et a donc besoin de soins fréquents. La sensibilité du bois à une forte humidité de l'air ou aux fluctuations de la température n'expliquent qu'en partie ce qui a amené le directeur de l'entreprise anglaise Phoenix Pianos à se mettre en quête d'une solution plus résistante. Les nouveaux matériaux devaient bien évidemment répondre aux exigences existantes pour ces pièces fines qui doivent s'intégrer avec précision à la mécanique et fonctionner avec aussi peu de frottement que possible. Des pièces qui sont aussi soumises à une forte usure sous l'actionnement fréquent par les touches.

Solution

igus a pu fabriquer un prototype de capsule de marteau, qui se compose d'une pièce mobile et d'une pièce fixée au piano, par méthode additive. Le bois des pièces a été remplacé par de l'iglidur I3 au glissement optimisé, un polymère FSL résistant à l'usure qui répond aux critères de la constuction de pianos en matière de température ou d'humidité de l'air. L'impression 3D permet aussi de produire rapidement des pièces identiques. Les ajustements réguliers destinés à éviter les défauts de sonorité peuvent ainsi être réduits à un minimum. La couleur beige ressemblant à l'ivoire de l'iglidur I3 donne un fini parfait à ces pièces fonctionnelles et ne permet pas de déceler d'emblée la présence de polymères sur un piano classique.

Construction traditionnelle, pièces modernes

La mécanique avec laquelle un pianiste génère des sons sur un piano relève d'un principe très simple. Une corde par touche est tendue à l'intérieur du piano. L'enfoncement d'une touche déclenche une mécanique dans laquelle un marteau fixé à un manche frappe la corde correspondante. Sur les pianos de fabrication classique, les pièces fixes de cette mécanique sont réalisées en hêtre. Mais le bois réagit avec sensibilité aux fluctuations de la température et de l'humidité de l'air, ce qui a des répercussions sur la sonorité du piano. Le piano doit donc être accordé et entretenu régulièrement. Une raison suffisante pour Richard Dain, le directeur de l'entreprise Phoenix Pianos, pour revoir cette mécanique. Ingénieur et pianiste amateur, il s'est donné pour objectif de remplacer les pièces en bois sensibles au climat par des matériaux plus résistants sans devoir faire de compromis au niveau de la sonorité. Le bois du manche des marteaux a été remplacé par de la fibre de carbone complexe, à la fois très robuste et très légère. Cette composition uniforme et le faible poids permettent des performances de tout premier ordre et indépendantes du climat. Pour les autres pièces de la capsule, qui se compose d'un élément fixe et d'un élément mobile, Richard Dain a fait appel à l'équipe impression 3D igus.

Un grand choix de matériaux chez igus

De la coopération entre Richard Dain avec l'équipe impression 3D igus est né le système de marteaux D3D dans lequel chaque pièce en bois est remplacée par une pièce en polymère. Le frittage par laser a permis de fabriquer un prototype de capsule dans un délai extrêmement court et de le tester. L'avantage de ce procédé de fabrication réside dans la précision et le détail avec lesquels la forme souhaitée pour les pièces peut être imprimée. Richard Dain a vite trouvé le matériau qu'il lui fallait : de l'iglidur I3 spécialement mis au point pour le frittage par laser. Les nouvelles pièces en iglidur de la mécanique des marteaux sont très résistantes à l'usure et la mécanique devrait rester uniforme pendant très longtemps. Les pièces de la capsule sont reliées par un pivot métallique qui a un très faible coefficient de frottement combiné aux polymères iglidur.
 
Le nouveau système s'impose aussi dans la pratique. Les pianistes comparent les changements apportés au passage d'une 2CV à une Ferrari. Après une première phase d'adaptation, ceux-ci sont en mesure de produire plus de puissance avec moins de force et de créer un lien tout nouveau avec leur instrument.

L'iglidur I3, un polymère innovant à imprimer pour une mécanique éprouvée

Le matériau FSL iglidur I3 n'a eu aucun mal à répondre aux exigences de la nouvelle capsule de marteau, voire même à dépasser les attentes. La grande résistance à l'usure du polymère est idéale pour les applications glissantes et les pièces restent stables grâce à la grande robustesse du matériau. Les pièces ont aussi une précision remarquable et leur résistance à l'usure est jusqu'à 50 fois supérieure à celle de polymères courants, ce qui garantit un mouvement mécanique uniforme même après des milliers d'actionnements des touches.
 
L'iglidur I3 possède une grande robustesse et une grande résistance aux intempéries et pourrait même, selon Richard Dain, dépasser la durée de vie du piano. Les polymères iglidur sont enrichis de lubrifiants solides qui permettent aux pièces de fonctionner à sec sans graisse et sans entretien. La couleur du matériau, semblable à celle de l'ivoire, permet aux pièces de s'intégrer parfaitement à l'esthétique d'ensemble.
 
La fabrication de pièces sur mesure en iglidur I3 ne prend que 1 à 3 jours et est rentable dès l'unité en l'absence de frais d'outillage et de post-usinage. La commande par l'intermédiaire du service impression 3D en ligne est rapide et peu compliquée . Il suffit de charger le modèle 3D de la pièce requise, sous forme de fichier STEP, par la fenêtre du navigateur. Le modèle, le prix et la dégressivité par quantité en fonction du matériau ainsi que le temps de fabrication s'affichent instantanément. Le système vérifie immédiatement si la pièce peut être fabriquée avec la méthode choisie et marque les endroits pouvant poser problème. Les pièces imprimées peuvent être lissées, colorées ou subir un traitement mécanique si besoin est.

Richard Dain, directeur de l'entreprise Phoenix Pianos