Aimer le Carbone.

L’esprit émotionnel, son coté rationnel et scientifique.
Fruits des études les plus soigneux et précis en tant que matériaux et des connaissances d'ingénierie les plus actuelles.

Puisque seulement celui qui aime vraiment le carbone le connaît dans l'essence de chaque fibre, une à une.
Et surtout, il sait qu'un vrai cadre monocoque peut se définir ainsi, seulement s'il est réalisé en pièce unique.
Sans jonctions ou colle entre les tubes.

Cela serait le cadre de votre prochain vélo.

UFS™ Technology

Cadre à coque unique.
Swi One représente le premier et le seul vrai monocoque existant sur le marché, réalisé selon la technologie UFS™, acronyme de « Unishell Frame System ».

C'est la seule règle que nous connaissons. La règle de l'excellence.
Imaginez une coquille d'œuf vide : scellée et continuelle, sans aucune interruption. Cela serait le cadre de votre prochain vélo. L'Unishell Frame (cadre à coque unique) est un modèle de coque porteuse enregistré et breveté par la maison Swisstech Engineering et il se fonde sur le principe de l'intégralité du cadre (triangle avant et arrière fermé par les logements des pattes de fourches arrière en aluminium) tel que monocoque c'est-à-dire conçut en pièce unique, ayant la fonction d’accroître la robustesse ainsi que la rigidité totale de la structure soit en torsion longitudinale, soit transversale.

L'absence de coupure parmi les fibres de carbone donne au cadre l'avantage d'absorber et de décharger uniformément - sur toute sa longueur - l'énergie passive provoquée des contraintes du sol pendant la course, en transformant la puissance provoquée par l'athlète en propulsion maximale.

Par rapport au modèle de cadres généralement connus sous le nom de « monocoque », diffusé dans ses différentes versions en plusieurs modèles de vélo de course, celui qui est à coque intégrale porteuse assure un poids total mineur et une sécurité majeure dans le cas d'impact contre les obstacles et les aspérités du sol grâce à sa déformation progressive. Il offre également une grande résistance et une rigidité structurelle contrôlée, permettant une réactivité de conduite maximale.

Matériaux

La clé pour accroître les prestations structurelles du cadre, se résume dans l'utilisation rationnelle des nombreuses caractéristiques de la fibre de carbone en fonction des différentes zones du cadre. Ces caractéristiques se fondent en particulier sur le poids, sur le nombre de couches de laminé, sur l'orientation et sur l'épaisseur.

Tous les cadres de Swi sont structurés en utilisant exclusivement des fibres UD, c'est-à-dire unidirectionnelles.
Contrairement aux produits classiques en fibre de carbone utilisant des fibres tissées (ayant l'aspect de toiles croisées), le carbone UD est littéralement, une pièce continuelle de carbone avec des filaments disposés selon un seul réseau.

Dans certaines zones nos cadres attendent jusqu'aux 28 couches très fines de laminé de carbone UD, chacun d'entre eux constitué par différentes pièces s'accompagnant l'une à l'autre, comme pour le façonnage d'une robe. Au total, un cadre atteint presque 350 pièces uniques de carbone, qui sont placés dans le moule avant la phase de dégourdissage et de moulage.
Ces pièces de matériau pouvant être très petites ou bien très grandes sont disposées en couches ayant des différents angles d'orientation afin d'obtenir des prestations différentes : rigidité axiale et de torsion avec défaillance contrôlée ou résistance maximale.
La superposition de ces couches est très importante pour le résultat final. Cela représente l'élément déterminant dans la construction d'un cadre type « racing » en fibre de carbone.

Sur la surface de nos cadres non peints, l'on peut noter les pièces de fibre de carbone parmi la finition transparente. Cela peut donner l'impression d'un défaut : à vrai dire, s'agit d'une qualité dont nous sommes très fiers. Cela nous permet de faire valoir non seulement les détails de construction et la qualité du travail sur le cadre fini, mais aussi en cours d’élaboration.
Pour atteindre un cadre monocoque si évolué et léger, nous avons nécessairement utilisé des formes de fibres composites tellement complexes qu'il nous serait impossible d'atteindre la même perfection sans l'aide d'équipements à tisser très sophistiqués.
Chaque matériau composite a des caractéristiques différentes tant pour sa qualité que pour son poids. C'est pour cela qu'ils sont disposés à l'intérieur du moule de manière conforme à la conception, selon les données calculées par l'ordinateur. C'est le seul moyen d'obtenir le standard de production des cadres selon les exigences de sécurité minimales imposées par la norme ISO 4210-6 : 2014 (Association Internationale de normalisation).

La North Thin Ply Technology™ de Lausanne (Suisse) est le fournisseur officiel et exclusif de la totalité du laminé en fibre de carbone utilisé pour la production de nos cadres de vélo.

TPT™ Thin Ply Technology

TPT est l'acronyme de Thin Ply Technology™, c'est-à-dire technologie des fines couches.
Tour simplement et autrement dit, plus les couches constituant un laminé sont fines, plus grandes seront ses propriétés mécaniques à épaisseur égale finale. Donc, à propriétés mécaniques égales, l'épaisseur et de conséquence son poids, est mineurs.

Sur la base de ce principe, l'on a développé une technologie permettant aux filaments de carbone d'être toujours plus fins, de 11 à 5 micron, puisqu'il est autant mieux que - à poids égal - l'on puisse avoir beaucoup de fils à la place d'un seul fil et avoir des tissus d'autant plus fins et légers.

La NTPT n'utilise pas le laminé conventionnel employé dans la fabrication de la plupart des cadres commercialisés : grâce à l'expérience acquise dans la production des voiles en fibre de carbone pour les bateaux de la Coupe de l'América, l'entreprise achète les filaments et le tisse elle-même selon sa propre technologie brevetée et secrète.

Pour ce que nous en savons, le processus est exécuté parmi des équipements de tissage particuliers afin d'obtenir des bobines en tissu unidirectionnel, imbibées de résine époxydique réalisant une épaisseur de quelque centième de millimètre et un poids de 15 grammes par mètre carré. Les bobines en tissu pré-imbibé que l'on obtient sont déplacées ensuite dans une machine spéciale, qu'en agissant sur 3 essieux, dépose l'un sur l'autre, plusieurs couches de laminé orientés différemment selon les exigences d'application.

L'on obtient donc un seul tissu multicouche, pré-imbibé, dans le cas présent composé par 3 ou 4 couches, orienté par exemple de 0° / +45° / -45° / 90°.
Sur la base des différentes exigences de performance et aux différentes charges de force exercées dans les distinctes zones du cadre, nous appliquons les couches de ce laminé multi couche et multi-directionnel : le résultat final sera un cadre composé jusqu'aux 28 couches de laminé unidirectionnel de carbone disposés à 0°, +-30°,+-45°, +-60° e 90°.

Il est tout à fait plus difficile de manier des tissus de plus en plus légers et fins, l'on a besoin de beaucoup plus de temps pour déposer les couches de laminé, mais l'on peut en constater les avantages ; pour cette raison, nous nous sommes engagés à poursuivre cette voie, malgré le coût du laminé qui s'avère être d'environ 10 fois plus, par rapport au laminé conventionnel, utilisé par la plupart des producteurs de cadres de vélo de course.

Cette technologie révolutionnaire, permettant la réalisation des tissus, est un brevet venant de la North Thin Ply Technology™ de Cossonay (Suisse) et elle est le fruit de plusieurs années d'expérience dans la production des voiles en carbone pour les bateaux de la Coupe d'América.

Travaux d'ingénierie

Beaucoup de gens pensent aux vélos comme à des machines simples : en effet la conception d'un cadre de vélo et l'étude des charges qu'il doit supporter est très complexe et difficile à analyser et à simuler, en raison d'une quantité considérable de paramètres. Le procès commence par la modélisation des superficies, exécutés employant le logiciel Rhinoceros™.
Après avoir choisi la forme extérieure du cadre, l'on simule aussi l'installation du boîtier de pédalier et l'encombrement des pédales et de la couronne, la mise en place des freins classiques et de ceux à disque, le passage des chaînes dans les haubans bas et sur la cassette, les fixations des dérailleurs et des roues, le passage des câbles à l'intérieur des tubes, la tige de selle et la fourche ainsi que tous les accessoires tels que la batterie de l'ensemble du changement de vitesse électronique et le porte-bidon.

Il est fondamental que toutes ces simulations soient exécutées avec une précision au millimètre pourtant, afin de valider le dessin et vérifier que le projet soit conforme aux règles de l'art, l'on a réalisé une maquette en échelle 1 : 1 en polycarbonate parmi prototypage rapide au moyen d'une imprimante 3D.

Analyse Élément Fini

Après agrément, le dessin en 3D est traité pour effectuer les analyses structurelles parmi l'AEF ou Analyse par Élément Fini. Ce logiciel repartit le dessin en 3D en plusieurs « grilles » ou géométries simples - lesdits éléments finis - auxquels un modèle mathématique est appliqué. Dans le cas présent, il simule le comportement du cadre sur la base de différentes charges et torsions qui pourraient résulter des différentes conditions de conduite. L'analyse a signalé les points critiques là où les charges, pendant l'utilisation du vélo, ont des conséquences importantes sur la résistance du cadre.
Parmi les résultats obtenus et après les modifications nécessaires, nous avons été en mesure d'établir les exigences minimales de sécurité, en optimisant l'utilisation du matériel tout en garantissant la résistance, la rigidité et un poids léger.
Grâce à un cadre réalisé en pièce unique, les charges appliquées sont soutenues de façon homogène par la totalité de la structure, permettant d'éviter la formation de zones de tensions ou de points faibles.

Enfin, nous avons établi la forme idéale de la structure, les sections et les dimensions des tubes.
Ces données nous on permis d'atteindre par notre logiciel de contre collage le calcul final de l'empilage du cadre, qui est composé par des préformes coupées de laminé UD, superposées en plusieurs couches de poids différent, produisant donc une rigidité maximale avec une utilisation minimale de matériel.
Dessin définitif du cadre à la main et calculs obtenus, nous avons réintroduit les données dans le logiciel Rhinoceros™ pour la création d'un modèle détaillé du moule.

La Swisstech a développé un procès innovant pour la création de moules de ses cadres, appelé MMS™ (Modular Moulding System - Système de construction par blocs). Il s'agit d'un moule à bloc très compliqué et sophistiqué, permettant d'imprimer nos cadres en pièce unique, c'est-à-dire intégralement.

C'est précisément parce qu'il est entièrement imprimé en pièce unique et constituée par 28 couches de laminé en fibre de carbone très fine, que le cadre de la « One » possède des caractéristiques mécaniques excellentes.

Le laminé en carbone, composé par des multi couches de fibre et résine, est coupé au traceur selon des formes préfixées lors de sa conception ; ces fibres et résines sont minutieusement étalées à l'intérieur du moule, l'une à côté de l'autre, selon les positions précises (empilages) définies par le logiciel, en plusieurs couches orientées et d'épaisseurs différentes selon les lignes de charge, avec l'avantage qu'ayant beaucoup de couches fines, à épaisseur égale, le laminé est en mesure de garantir une plus grande résistance et, à résistance égale, permettre donc une épaisseur inférieure plus léger.

Dans la moule, les parties externes et internes du cadre sont mises sous vide parmi un système combiné composé par un sac à base de silicone et de membranes en latex, afin d'éliminer complètement l'air et donc d'éviter les bulles pouvant se former à l'intérieur de la structure en fibre de carbone.
Le moule est donc placé à l'intérieur d'un four autoclave ayant une pression de 6 bars et une température de 120°C.
La combinaison entre le vide interne et la haute pression externe compresse l'architecture de la fibre, résultant parfaitement homogène et lisse, même à l'intérieur des tubes.

Détails Techniques

Le poids du cadre de la Swi One varie entre 700 et 800 grammes, par rapport aux tailles. Nous aurions pu aller au-dessus de ce seuil, mais de manière prudente, nous avons préféré rester dans ces limites en attente d'une décision de la part de l'UCI concernant les nouveaux standards de poids des vélos.

Le tube horizontal (supérieur), tube de direction conique, tige de selle, boîtier de pédalier PressFit de 86,5 mm asymétrique et l'entier triangle arrière - composé par les haubans bas et obliques fermés au sommet par les fixations du moyeu de la roue - avaient été conçus pour être moulés et formés en pièce unique. 

Les fixations du moyeu de la roue arrière sont composées par des couches multiplis pleines en fibre de carbone, imprimées avec le cadre. Les fourches interchangeables sont introduites et fixées parmi deux vis et usinées dans la masse en aluminium Ergal 7075 parmi des machines-outils à commande numérique (MOCN) à 5 essieux.
Le poids de la fourche avant est de moins de 300 grammes et elle est produite séparément avec le même laminé en fibre de carbone UD. Elle est connectée au tube de direction parmi un groupe de roulements.

Le système intérieur de passage des câbles a été étudié et simulé à l'ordinateur, de manière à ne pas créer des conflits dans le glissement des petits câbles en acier. Le câble électrique du levier de vitesses et aussi bien celui des tubes du système hydraulique des freins à disque, courent à l'intérieur du cadre.
L'entrée et la sortie des câbles et des tubes hydrauliques dans le cadre, se fait parmi des compartiments creusés, où l'on introduit des bagues attache gaine détachables en aluminium pour les câbles en acier et des joints en caoutchouc pour les câbles électriques et les tubes hydrauliques. Le passage des câbles sous le mouvement central se fait à l'aide d'une cheville en plastique autolubrifiante et débrayable, fixé par une vis centrale.
La sortie du câble du dérailleur arrière a été créé parmi un logement fourni de bague attache gaine sortant sur le hauban bas de droite. Le cadre naît clairement pré équipé pour la boîte à crabot ou électronique. Dans ce dernier cas, il est réalisé sans les logements aptes au passage des câbles mécaniques en acier, y compris celui-ci se trouvant sous le mouvement central.

Dans la version avec freins à disque hydrauliques, le cadre a été équipé pour les nouveaux freins avec « Flat Mount » standard, actuellement fabriqué uniquement par Shimano et Sram. Prima della verniciatura finale, il telaio viene controllato con appositi strumenti di precisione per verificare che tutte le quote siano millimetricamente uguali a quelle stabilite nel progetto.

Nos cadres de vélo sortent du moule déjà brillants, ils n'ont pas besoin de masticages mais seulement d'un polissage rapide afin d'éliminer les inévitables lignes de partitions du moule. Beaucoup des constructeurs préfèrent vernir leurs cadres pour couvrir les défauts de l'usinage qui nécessitent de masticage, polissage et ensuite d'une couche de peinture (à peu près ce qui se passe dans un atelier de ferrage).

Nous employons deux différentes typologies de peinture : la première est employée pour le modèle type « racing » et il s'agit d'une simple peinture transparente très légère de protection, pesant à peu près 50 grammes. La peinture la plus « élégante » sous un point de vue esthétique est toutefois posée en plusieurs couches de couverture et pèse à peu près 150 grammes.

Tests

Afin de valider le projet, les prototypes de nos cadres sont testés parmi un régime d'essai très large, à partir de celui d'atelier, certifié par des laboratoires externes agrées. Les charges d'essais effectués dépassent les exigences minimales imposées par la norme ISO 4210-6 : 2014 (International Organization for Standardization - Association internationale de normalisation) au moins du 10 pour cent, soit dans la force exercée dans l'essai de choc, soit dans le nombre des pics de tension prolongés.

Et puisque le test en laboratoire ne peut pas refléter exactement la réalité, nous avons équipé de détecteurs certains prototypes de Swi One, afin d'effectuer l'analyse dynamique de la tension structurelle dans plusieurs conditions de conduite, analyse effectuée par un cycliste professionnel.

Les capteurs extensométriques/dynamométriques ont démontré que les flexions dues aux charges sont distribuées dans certains points du cadre d'une façon un peu différente par rapport aux simulations effectuées. Le style de conduite influence beaucoup dans les cas de charge, comme dans les virages relevés type « carving », sur une descente rapide ou avec la forte puissance qu'exerce le cycliste lorsqu'il se met en danseuse.

Les données extensométriques nous ont obligé à effectuer des modifications de la structure afin d'ajouter dans certaines sections, plus de force et de rigidité tout en maintenant le moindre de matériel total pour ne porter atteinte au poids. Par exemple, le mouvement central, en remettant une charge significative à l'arrière du cadre, a été modifié afin d'augmenter la résistance et la rigidité totale du système.

Enfin, nous avons comparé notre cadre à ceux de la concurrence quelle que soit sa conception. En particulier, nous avons confronté trois technologies différentes utilisées pour concevoir des cadres en fibre de carbone : ceux qui sont bandés, constitués par des tubes indépendants collés entre eux, ceux qui sont à conjonction, constitués par tubes purs indépendants et liés entre eux parmi des coques de jonction et ensuite collés et enfin, les monocoques conventionnelles, ayant que le triangle avant monocoque et celui arrière collé.

Les tests en laboratoire et en route ont témoigné que notre monocoque intégral dispose des qualités mécaniques et structurelles supérieures, car il possède les meilleures caractéristiques de rigidité et élasticité longitudinale et de rotation, en mesure d'assurer un plus grand confort et une majeure efficacité du pédalage que ce soit en position assise ou en danseuse.

Géométrie

Tout d'abord, nous avons défini les standards proportionnels à appliquer aux géométries du cadre, en traitant au logiciel les données introduites dans la base des données obtenues grâce à des centaines de mesures biomécaniques effectuées en atelier sur les cyclistes. De cette façon, nous avons créé des valeurs pouvant représenter un maximum de gens pour chaque taille.

Grâce à ce donné, nous avons été en mesure d'établir les 12 tailles de base, ayant un écart d'un (1) seul centimètre l'une de l'autre, en pouvant ainsi regrouper presque la totalité des formes possibles du corps humain, étant entendue l'éventualité d'y pouvoir réaliser à demande des cadres « couture » pour des gens ayant des tailles particulières.

Le cadre de vélo de Swi One est produit en 12 tailles à partir de 50 jusqu'aux 61 cm. L'écartement d'un seul centimètre entre une dimension et l'autre uni à un large éventail de tailles, nous permet d'offrir au client, le plus précisément possible, la bonne taille.

Les temps de réalisation du cadre standard sont de 60 jours à peu près.
La forme « sur mesure » est produite à demande, c'est-à-dire sur la base de la géométrie commandée par le client, en créant un moule monocoque exclusif avec de temps de livraison prévu en 90 jours à peu près.

Taille505152535455565758596061
Taille de la roue700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c700 c
Angle tube de direction70°70,5°71,1°71,8°72,5°73,2°73,5°73,5°73,5°73,5°73,5°73,5°
Patte de jeu de pédalier686868686868686868686868
Longueur tube de direction106116128139150160173186198211224237
Empattement AV563568572575578580586595604613622630
Empattement AR408408408408408408408408408408408408
Stack505518530542555567580592605617630642
Reach356361367372377382388393398404409414
Compensation de la fourche434343434343434343434343
Angle de tube de selle73°73°73°73°73°73°73°73°73°73°73°73°
Tube supérieur511520529538547556565574583592601610
Avant la commande, il est recommandé d'effectuer un essai biomécanique. Parmi un particulier vélo utilisé en atelier, connecté à un ordinateur et sous contrôle du technicien biomécanique, un contrôle complet de l'athlète est effectué comprenant une évaluation corporelle et orthostatique minutieuse et soignée. En pédalant sur le simulateur de vélo, le cycliste est analysé en cours d'action et évalué en tant efficacité du pédalage avec la décomposition de l'analyse de ses jambes.
Le bout est celui d'obtenir la rondeur maximale de pédalage dans les différentes conditions de conduite et, parmi des réglages continuels et précis de l'assiette, visualiser constamment et en temps réel les paramètres d'efficacité émis au moyen d'un potentiomètre, en déterminant le parfait emplacement « en selle » et donc la « bonne taille ».

Conclusions

  • Tout ce que nous avons conçu pour Swi One a été réalisé sachant que rien n'a été laissé au hasard et avec la conscience d'avoir travaillé selon des critères de qualité maximale (avec des critères innovants et avancés).
  • Pour réaliser tout cela, nous avons suivi des choix « anticommerciaux » puisque nous ne sommes jamais demandés « combien cela coûte » pour ne pas mettre des limites au projet.
  • Nous avons appliqué le meilleur de la recherche dans le domaine du développement des matériaux composites, de l'ingénierie et de l'électronique, de la technologie appliquée aux procès de fabrications et de conception et nous les avons intégrés avec tous les autres composants du système de mobilité, en créant un produit unique et innovant.
  • La Swi One est une « voiture de course » très évoluée et puisqu'elle n'est pas un produit industriel, le nombre d'unités est limité. 
  • Le cadre est totalement élaboré et produit en Suisse parmi des matériaux très chers ; pour cette raison le prix n'est pas comparable avec celui des cadres produits dans les pays asiatiques.
  • Swi One est produite en 12 tailles de mesure de 50 à 61 cm.
  • Dans la version « sur mesure », le cadre est réalisé parmi un moule à usage exclusif d'un seul client pourtant, il a un prix supérieur à celui standard.
  • Il s'agit d'un produit s'adressant soit aux équipes de vélo professionnel soit aux clients exigeants cherchant un objet très prestigieux, de qualité maximale et exclusivement « fait en Suisse ».
  • Les prix des vélos finis varient en fonction des composants et bientôt, on pourra calculer le prix de son vélo avec le configurateur du site. Entre-temps, nous vous prions de vouloir nous contacter pour n'importe quel détail et renseignements tarifaires.
  • Le cadre est garanti à vie pour tous vices de production et il répond convenablement aux critères de sécurité découlant de la norme ISO 4210-6 : 2014 et aux obligations dans les géométries prévues par l'Union Cycliste Internationale (UCI).