Conception d'éclairage LED pour le groupe de musique U2

« L’imprimante Dimension est le meilleur investissement que j’ai fait au cours de ces années ». Tommy Voeten, Président du 1212-Studio

En Avril 2009, Tommy Voeten, président et fondateur de 1212-studio, a été contacté pour éclairer le toit en toile des scènes du 360° Tour du célèbre groupe de rock U2. Le toit ferait partie du célèbre écran vidéo LED du groupe. Basé à New-York, 1212-Studio est une société de design, spécialisée dans la conception et l’utilisation innovante des DEL dans les secteurs du bâtiment et du divertissement. Elle était le partenaire parfait pour le projet. Les exigences étaient rigoureuses. Le 360° Tour devait utiliser trois scènes identiques. Le toit de chaque scène devait être soutenu par 36 « polypes ». Chaque polype est équipé de huit luminaires LED chargés d’éclairer la toile avec des millions de couleurs. Un total de près d’un millier de montages sur-mesure a donc dû être conçu, fabriqué et livré en l’espace de quatre semaines. Pour éclairer tout en couleurs le toit en toile en double courbe, Voeten a inventé une solution de conception optique, mécanique et thermique qu’il a appelée « U2BE » (prononcé you-tube). Voeten, qui avait investi dans une imprimante 3D Dimension BST 1200es de Stratasys en 2007, savait qu’il devait utiliser l’imprimante pour créer les luminaires. Il était convaincu que cette première répondrait aux exigences de U2 en termes de design et de temps.

« L’imprimante Dimension est le meilleur investissement que j’ai fait au cours de ces années »

Le test le plus important concernait la performance du système optique quand tout a été assemblé selon Voeten. « Il nous fallait éliminer les ombres indésirables ainsi que la distribution inégalée de la lumière », a-t-il déclaré. « En outre, l’ajustement et la fonction des unités devaient garantir un montage rapide et sans tracas de près d’un millier d’unités pour une affaire de jours et non de semaines ».

« Le dispositif d’éclairage LED a requis une preuve de concept », a déclaré Voeten. « Les outils de simulation optiques et thermiques étaient parfaits pour gagner du temps et sont incroyablement précis. Toutefois, nous voulions voir la répartition de la lumière de nos propres yeux. « Nous voulons tenir dans nos mains un modèle physique avant de commencer la fabrication ».

Le prototype fonctionnel Dimension a servi de preuve de concept pour les autres membres de l’équipe. Trois jours après que l’imprimante ait commencé à créer la pièce, Voeten s’envole pour le Royaume-Uni pour rencontrer l’équipe chargée de l’approbation finale.

Le lendemain, le concept est entré en phase de production.

Les imprimantes 3D professionnelles Dimension utilisent la technologie FDM (Fused Deposition Modeling). C’est une méthode de fabrication additive qui fonctionne en déposant des couches de matériaux thermoplastiques pour créer un prototype. « Tommy a dit qu’investir dans la technologie FDM était la meilleure décision qu’il a prise pour son entreprise, car cela lui a permis de vendre ses idées plus efficacement, de fournir une meilleure preuve de concept, de créer des prototypes fonctionnels et d’économiser de l’argent et du temps », a déclaré Gary Shears, vice-président et chef de produit Stratasys chez Cimquest Inc. « L’imprimante 3D Dimension requiert un minimum d’explications. Et pourtant, elle a permis de vendre au maximum ». Voeten a été attiré par les caractères propre et silencieux de l’imprimante, selon Shears, ainsi que par la matière thermoplastique ABS qu’elle utilise. Cela lui permet de couper, de percer, de remplir et de terminer les pièces. « Il n’a jamais pensé que le matériau serait aussi important », a dit Shears, « mais, il a fait toute la différence ». La production de près d’un millier de U2BEs est devenuea été une véritable aventure internationale. Les unités ont été conçues à New York tout comme les optiques. Les équipements électroniques LED, quant à eux, ont été fabriqués au Royaume-Uni. Le boîtier a été fabriqué et assemblé en Belgique. « Sans l’imprimante 3D Dimension, Tommy n’aurait pas terminé le projet U2 à temps », dit Shears. La conception d’un luminaire pour l’une des scènes, la simulation et la validation de celui-ci ont été faites en seulement huit jours ».

Le microphone

Après avoir terminé avec succès le projet polypes LED, Voeten a reçu une deuxième demande de la part de U2. Ce dernier lui a demandé de concevoir un microphone lumineux à LED pour Bono. Le micro, nommé U2MIC,devait être suspendu à un câble en acier pour permettre à Bono de se balancer.

« Le micro de Bono constituait un défi de conception et de fabrication plus complexe de la façon dont il allait être utilisé durant la tournée », a déclaré Voeten.

Encore une fois, l’imprimante 3D a joué un rôle significatif dans le développement du produit final. L’équipe de Voeten a été en mesure d’imprimer plusieurs itérations de conception et des sections du microphone afin d’examiner et optimiser les points de pression et la répartition de la lumière dans les anneaux et entre tous les composants. Voeten a été tellement satisfait de la qualité et de la résistance des pièces FDM imprimées. Il en a optimisé la conception afin qu’elles puissent être utilisées comme des pièces finales sur les U2MICs. La bague lumineuse finale est composée de deux coques FDM qui sont assemblées ensembles.

La forme extérieure simple et lisse dément l’intérieur qui est complexe. Celui-ci est constitué d’une structure de soutien qui partage la pression entre les appareils électroniques et les composants LED sans entraver la transmission de la lumière par la coque. La conception de la bague devait être assez solide pour supporter tout le poids d’un corps sans dévier ni écraser les composants internes. « L’ABSplus fait un travail exceptionnel en matière de force et de finition », a déclaré Voeten. « Il a fait toute la différence. Il était résistant, et nous avons pu terminer le projet à la perfection ».

Si les bagues avaient été fabriquées avec la technologie traditionnelle de commande numérique par ordinateur (CNC), il aurait fallu plusieurs heures par coque pour la coupe. Des outillages auraient été nécessaires pour fabriquer les pièces. Tout ceci a été éliminé en utilisant le procédé FDM, ce qui entraîne des coûts moindres.

« Nous avons économisé des milliers de dollars et des semaines de travail en éliminant le procédé de découpage des pièces par CNC et la conception des outillages de support », a déclaré Voeten. Hormis la bague lumineuse, un compartiment séparé a aussi été imprimé par l’imprimante 3D Dimension pour contenir les composants électroniques, les batteries et les autres composants inclus dans le microphone. Pour l’assemblage des unités de l’U2MIC, des outils d’assemblage et d’alignement ont été imprimés pour simplifier l’opération et assurer la cohérence entre les unités. « L’accès à l’imprimante 3D Dimension a été inestimable », a déclaré Voeten.

« Nous avons pu appuyer sur l’interrupteur et avoir des modèles 3D simples en quelques heures et des modèles complexes durant la nuit ». Le meilleur de tous c’est que l’imprimante Dimension a été rentabilisée en moins de deux ans.