Découvrez des montagnes russes fonctionnelles imprimées en 3D au SOLIDWORKS World 2019

Invertigo. Steel Vengeance. Batman. À première vue, ces noms ressemblent peut-être à des titres de bandes dessinées, mais ce sont en réalité des noms de montagnes russes populaires situées dans des parcs d’attractions aux États-Unis, ayant suscité la passion et l’intérêt de Matt Schmotzer.

Ingénieur système travaillant sur de nouveaux systèmes de comptage de carburant pour les moteurs 2.0L / 2.3L à la Ford Motor Company, Schmotzer consacre son temps libre à une réplique de montagnes russes qui combine son zèle pour les sensations fortes, ses compétences en modélisation SOLIDWORKS et son expertise en impression 3D. Invertigo, la réplique à l’échelle 1/25 réalisée par Schmotzer, entièrement fonctionnelle, des montagnes russes navette boomerang inversées du même nom au King’s Island, près de Cincinnati (Ohio), était exposée au salon SOLIDWORKS World 2019 les 10 et 13 février à Dallas, au Texas.

La passion de cet amateur de réplique de montagnes russes pour les manèges à sensations fortes a commencé après qu’il soit monté à bord de l’Iron Dragon, des montagnes russes suspendues au Cedar Point à Sandusky, dans l’Ohio, alors qu’il était très jeune. Sa famille visite Cedar Point chaque année. Avec ses 18 tours, celui-ci devient la capitale mondiale des montagnes russes chaque été. Alors que ces expériences expliquent sa passion pour les montagnes russes, il n'a pas compris son attrait pour la réplique des montagnes russes jusqu’au moment où il a appris à utiliser le logiciel de conception SOLIDWORKS en terminant son projet de conception principal à l'Université Purdue et les outils d'impression 3D dans le cadre de son travail chez Ford.

« Je me suis spécialisé en génie mécanique et la technologie d’informatique graphique à Purdue », rappelle Schmotzer. « Alors que je suivais des cours sur le logiciel de conception 3D CATIA® et que je l'utilisais régulièrement dans mon travail chez Ford, la School of Mechanical Engineering exigeait que j'utilise le logiciel de conception 3D SOLIDWORKS® pour mener à bien mon projet de conception. J'ai découvert et appris à utiliser cet outil assez facilement grâce à son interface utilisateur intuitive. Depuis, je continue à utiliser SOLIDWORKS pour ma réplique de passe-temps. »

Schmotzer, qui occupe aujourd’hui un siège au conseil consultatif de Dassault Systèmes SOLIDWORKS 3D, fournissant des informations sur ce que les amateurs veulent voir dans un package de CAO 3D, a commencé à travailler sur la réplique d’Invertigo au début de 2017, après plusieurs années d'utilisation d’imprimantes 3D chez Ford. « J’ai toujours eu une passion pour les montagnes russes et la construction de modèles de montagnes russes, dans le but ultime de créer une version fonctionnelle, opérationnelle et à échelle réduite de celles-ci», explique Schmotzer. « Grâce au logiciel SOLIDWORKS et à la technologie d’impression 3D, j’ai réalisé que j’avais les outils nécessaires pour créer des répliques fonctionnelles, en modélisant les pièces dans SOLIDWORKS et en les imprimant en 3D à moindre coût. C’est ce qui m’a permis de transformer mon rêve de construire des montagnes russes fonctionnelles dans mon garage en réalité. »

Invertigo a été le premier choix de Schmotzer, car il souhaitait créer une réplique de montagnes russes qu’il avait réellement montées. Il avait également besoin d’une structure relativement courte pour s’adapter aux dimensions de son garage. Schmotzer a récupéré le schéma d’Invertigo dans le jeu vidéo NoLimits Coaster Simulator 2 et a exporté les points de données coordonnés XYZ du dos de la piste dans une feuille de calcul Microsoft® Excel®, avec laquelle il a appliqué le facteur de mise à l'échelle avant d'importer les coordonnées mises à l'échelle dans SOLIDWORKS. Il a ensuite utilisé SOLIDWORKS pour concevoir le profil de la piste, la structure de support, les trains, les mécanismes et la station de lancement.

Bien que la modélisation et l’impression 3D des composants d’Invertigo soient relativement simples, Schmotzer affirme avoir eu des difficultés à faire en sorte que les trains roulent sans à-coups sur la piste et complètent le circuit des montagnes russes. « Les pièces étaient assez faciles à modéliser et à réduire, mais la physique en action ne s’adaptait pas bien, car le frottement et la force n’étaient pas proportionnelles », souligne Schmotzer. « Par exemple, une voiture de montagnes russes pèse entre 1 000 et 2 000 livres et la voiture répliquée pèse moins de 25 livres. Les principaux défis étaient de réduire le frottement sur les roues du train, de faire en sorte que les pentes élévatrices fonctionnent correctement lors des manœuvres gravitaires et de minimiser les vibrations du rail pour que le train complète le circuit de manège sans sortir de la voie. »

Schmotzer a résolu le problème de frottement en utilisant des roulements en céramique spéciaux, en remplaçant le mécanisme de levage entraîné par la chaîne par un système magnétique et en remplaçant les rails imprimés en 3D par des tubes en plastique collés sur la piste imprimée en 3D, dont certaines sections sont boulonnées ensembles avec des attaches M2. La réplique d’Invertigo comprend 33 sections de piste séparées et repose sur une table de 4 x 8 pieds. La réplique fonctionnelle sera utilisée et exposée à SOLIDWORKS World 2019 à Dallas.

 

 

Commémorer Steel Vengeance, s’attaquer à Batman

La nouvelle du succès de Schmotzer avec la réplique d’Invertigo a rapidement attiré l’attention des fans de montagnes russes, y compris la direction de Cedar Point. Cette dernière a engagé Schmotzer pour créer une réplique de sa nouvelle montagne russe: Steel Vengeance. Lors de ses débuts en 2018, Steel Vengeance a transformé l’ancienne montagne russe en bois « Mean Streak » en une structure hyper hybride en acier sur bois qui combine le tracé de l’ancienne montagne russe, une structure de support en bois et les performances de l’acier moderne, incluant un angle de 90 degrés, une chute initiale de 205 pieds, quatre inversions et 30 secondes d’airtime, le plus élevé parmi toutes les montagnes russes dans le monde.

Bien que la réplique du Steel Vengeance à l'échelle 1:42, exposée au Cedar Point, soit un modèle statique non fonctionnel, le projet restait difficile, car il combinait 3 500 composants imprimés en 3D avec une structure de support complexe en bois de tilleul. « Cedar Point m'a fourni les plans pour la piste, ce qui a permis d'obtenir le modèle le plus cool jamais créé », note Schmotzer. « Ils ne voulaient pas d’attraction opérationnelle. C’était une nouveauté à présenter dans le cadre du lancement de Steel Vengeance. Cependant, j'ai beaucoup appris en fabriquant à la fois les répliques d’Invertigo et de Steel Vengeance - des connaissances qui ont été mises à profit dans mon projet suivant : Batman the Ride. »

L’automatisation de SOLIDWORKS, pour créer des sections de piste

Schmotzer a été en mesure de réduire le temps de modélisation et d'impression 3D de la réplique de « Batman the Ride » en mettant à profit son expérience issue des deux premiers projets. Ceci lui a permis de développer une approche plus systématique en utilisant des imprimantes 3D supplémentaires plus rapides et en exploitant l'API SOLIDWORKS ouverte pour automatiser la création de sections de piste dans SOLIDWORKS. « Avec Invertigo, il a fallu 12 heures pour imprimer chacune des 33 sections de la piste. Il a donc fallu plus d'un mois pour créer la piste entière », précise Schmotzer.

« Mais ce qui a vraiment rallongé le temps de conception a été l’épissage des sections de piste individuelles dans SOLIDWORKS », poursuit Schmotzer. « J'ai dû épisser à la main toutes les sections de piste d’Invertigo, ce qui m’a pris environ trois semaines. Sur Batman the Ride, il y a 86 sections de piste, soit plus du double de celles d’Invertigo. J'ai donc travaillé avec mon épouse, une informaticienne, pour combiner une série de macros avec un fichier exécutable qu'elle avait créé dans Microsoft Visual Studio® afin d'automatiser le processus d'épissage des pistes. Ce qui nécessitait auparavant trois semaines d’effort manuel sur Invertigo n’est plus qu’un simple clic sur Batman the Ride. J'ai également augmenté le nombre d'imprimantes 3D utilisées de six à dix. »

Schmotzer dit qu'il a choisi Batman the Ride comme prochain projet, car onze de ces montagnes russes sont installées dans les parcs d'attractions Six Flags, répartis dans tous les États-Unis. Mais aussi, parce que beaucoup de gens sont familiers avec ce type de parcs, plutôt qu’avec des montagnes russes individuelles localisées à un seul endroit. « Ce que j'aime dans ce passe-temps, c'est que j'aime rencontrer de nouvelles personnes et contribuer au plaisir des autres », a déclaré Schmotzer. « Quel meilleur moyen d'y parvenir que de construire des répliques de montagnes russes que beaucoup de gens connaissent et aiment. »

Inspirer les concepteurs de parcs à thème du futur

Schmotzer souhaite également utiliser son passe-temps de répliques de montagnes russes pour inspirer les ingénieurs et les concepteurs de montagnes russes et de parcs à thème de demain. C’est la raison pour laquelle il a ammené et présenté sa réplique d’Invertigo lors d’une visite à des étudiants du cours TPED (Thème Park Engineering & Design) à Purdue, où Schmotzer travaille actuellement pour obtenir son diplôme de deuxième cycle en génie mécanique.

« C'était formidable de rencontrer les étudiants de la TPED et de répondre à leurs questions », a déclaré Schmotzer. « Si mon passe-temps de réplique de montagnes russes peut inspirer un seul d'entre eux à poursuivre une carrière de concepteur de montagnes russes, alors je fais quelque chose de bien. J'adore les montagnes russes et j'aime interagir avec d'autres fans de montagnes russes. »

Quoi de neuf pour Schmotzer ? « La structure de Millenium Force [à Cedar Point], mes montagnes russes préférées, est presque terminée. J’ai aussi terminé les phases de conception et d'impression du Magnum XL-200 [également à Cedar Point], un autre favori, » Schmotzer dit. « Qui sait combien gagnerai-je dans les années à venir? »

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Publié le 4 Mars 2019