fablab

mise à jour le 01/06/2018 - point N° 1 histoire, point N° 2 matière première, point N°3 licence et brevet concernant la nitruration pour réaliser un Handpan

 

Une belle énergie collective lie les fabricants expérimentés, les apprentis et les passionnés de sculptures sonores. Chacun participe à sa manière à la construction d'une communauté internationale.

C'est aussi grâce à cette énergie que notre projet "Shellopan" s'est construit depuis 2010 et un des conseils les plus précieux que nous ayons reçu d'un de nos aînés était : "ne restez pas seuls, vous devez travailler en équipe !"

Shellopan est aujourd'hui inclus dans une entreprise coopérative qui milite pour donner un autre visage à notre économie. Poursuivant les messages de nos aînés, nous avons choisi de publier nos travaux, d'ouvrir notre atelier et de partager nos moyens de productions* à la manière d'un fablab** dédié à la sculpture sonore.

Nous invitons les personnes souhaitant se lancer dans l'aventure à prendre connaissance de l'ensemble des informations contenues sur cette page. Peut-être y trouverez-vous des réponses à vos interrogations.

 

* moyens de production : en voici ci-dessous un exemple, notre outil pour fabriquer nos coques de handpan.

** fablab : laboratoire de fabrication partageant ses outils et aidant à leur usage. Souvent ses outils sont commandés par informatique et permettent une très grande créativité (imprimante 3D, fraiseuse à commande numérique, découpe laser, ...). Nous reprenons ici le concept de façon très spécialisée avec des outils et matériaux dédiés au travail du métal.

 

1) un peu d'histoire et quelques principes...

Nos travaux ont pu voir le jour grâce aux travaux de nos précurseurs et aux informations qu'ils ont publiées ou communiquées avec le désir de voir la connaissance devenir partagée et plus importante. Notre approche est de leur rendre hommage et d'essayer de partager à notre tour les savoirs que nous utilisons. Pour que la "connaissance" collective augmente, cela nécessite que les personnes utilisant ce que nous mettons à disposition soient aussi dans la même démarche. 

Lorsque nous avons démarré notre projet en 2010, le problème principal pour créer des handpans était de former à la main les coques servant de matière première. Nous avions initié un projet de création d'un outil d'emboutissage mais les coûts d'un tel outillage étaient trop importants pour les deux apprentis que nous étions (Delphine et moi, Matthieu). Quelques années plus tard, d'autres apprentis démarraient des projets un peu partout en Europe et nous avons proposé de partager une future production des coques embouties pour rendre possible la construction de l'outillage. Un groupe de 5 fabricants accepta de prendre le risque de soutenir le projet (sans savoir si les coques leur conviendraient) et nous avons collectivement décidé des dimensions des futures coques. J'ai alors construit l'outil d'emboutissage avec une entreprise de prototypage industriel et j'ai fait mon premier choix concernant l'acier à utiliser. En 3 ans, nous avons produits 7 séries de coques qui sont devenues connues sous le nom de coques Shellopan et qui ont été utilisées par différents fabricants dans le monde entier. Nous avons aussi accueilli de nombreux visiteurs souhaitant apprendre les bases de notre travail dans notre atelier. La demande de matière première et d'apprentissage est devenue très forte mais nous n'avons pas souhaité augmenter notre capacité de production et d'accueil. Nous souhaitions ainsi favoriser l'arrivée de nouveaux projets et donc la diversité des instruments fabriqués.

Depuis 2017, d'autres projets de fabrication de matière proposent la vente de coques embouties, hydroformées ou repoussées sont arrivés sur un marché en forte demande et certains ont simplement copié la forme de la coque Shellopan et industrialisé la production/commercialisation. Nous sommes donc libérés de toute pression et nous continuerons à développer/partager nos produits et nos recherches sur l'acier à notre rythme et sans aucune volonté de développement commercial de cette activité. Les produits et services sont ainsi proposés dans le cadre d’une démarche volontaire de partage et ils ne seront accessibles qu'après entente préalable et/ou sur rendez-vous. Comme cela devrait être possible pour tout Etre humain, nous nous réservons la liberté de choisir quand et au service de qui nous consacrons notre énergie.

Nous choisissons donc d'orienter la partie "fablab" de notre activité plutôt vers les personnes souhaitant s'impliquer dans la communauté du Handpan avec une approche de partage trouvant un équilibre avec leur activité commerciale. Nous ne sommes pas des sous-traitants pour d'autres fabricants, nous ne répondons donc pas aux demandes qui sont assimilés à une activité de ce type. Même si nous ne les trouvons pas toujours adaptées, nous respectons les formes d'activités commerciales traditionnelles et espérons recevoir le même respect quand nous choisissons de ne pas y participer.

Informations concernant la disponibilité des coques : Nous lançons une production à chaque fois que nous trouvons l'acier de notre choix, cela peut prendre plusieurs mois. Nous gardons toujours un stock pour l'activité du fablab et un stock de chaque batch pour des opérations de recherche et développement. Ces considérations sont prioritaires par rapport à l'activité de revente de nos coques. Nous avons tout de même beaucoup de plaisir de voir les instruments faits avec notre matière première par d'autres accordeurs et pour permettre notre recherche sur les liens entre caractéristiques chimiques/physiques/timbre du son, nous sommes intéressé à recevoir des retours d'informations de la part des fabricants utilisant nos coques embouties.

 

2) caractéristiques de nos coques embouties pour handpan

 

La matière première :

Pour réaliser nos coques embouties, nous devons utiliser un acier adapté à cet usage. La référence d'acier "DC04" est bien connue depuis les publications de l'entreprise PANArt. Cette référence n'est pas une garantie d'obtenir un bon acier en raison de la trop grande tolérance de la norme. Il est assez facile d'obtenir un mauvais acier DC04 (un acier marqué DC04 peut avoir avec des caractéristiques mécaniques équivalentes à une tôle de la norme DC05). Les meilleurs paramètres favorisant l'emboutissage ne sont pas de meilleurs paramètres pour la gestion des stress compressifs que nous induisons dans la tôle lorsque nous l'accordons, il nous faut donc trouver la bonne "balance" quand nous choisissons un nouveau batch d'acier.

Il est aussi possible d'utiliser d'autres matériaux comme des aciers à plus forte teneur en carbone (acier de construction) ou de l'acier inoxydable. La méthode de formage et d'accordage devra être adaptée à la matière utilisée. Indépendamment du travail de l'accordeur, le timbre sonore de l'instrument sera très aussi impacté par le choix du matériel de base. Nous pensons donc qu'il est important pour un fabricant de handpan de connaitre les caractéristiques physiques et chimiques de la tôle qu'il achète.

 

Différentes méthodes de formage des coques :

(par ordre de préférence personnelle croissante, avantages et défauts entre parenthèses) :

  1. martelage manuel au fouloir pneumatique (+ pas cher / + contrôle possible de l'épaisseur avec l'expérience / - risque pour la santé, éprouvant pour les muscles et les articulations)
  2. repoussage manuel ou commande numérique (+ pas cher / + facilité de former l'évent de la coque du dessous / - problème d'épaisseur inconsistante, la tôle s'affine plus on s'éloigne du centre)
  3. hydroformage (+ facilité de choix de la profondeur de la coque, - impossibilité de contrôler la répartition de l'épaisseur, la coque finale est plus fine au centre d'environ 25%, nous avons éliminé cette technique pour cette raison)
  4. repoussage dans des cerclages (cf brevet Pantheon Steel, + contrôle de l'épaisseur possible selon outillage / - besoin d'une tôle plus épaisse au départ car le repoussage ne fera que affiner la matière / - rainures marquées dans la surface)
  5. emboutissage sur presse hydraulique (+contrôle de l'épaisseur de la tôle avec possibilité de laisser rentrer de la matière depuis le serre flan, - outillage couteux et besoin d'une presse de grande dimension)

Les coques Shellopan sont embouties sous une presse hydraulique de 400T avec un outillage que nous avons co-construit dans une entreprise de prototypage industriel.

 

Dimensions et épaisseur des coques :

Voici les dimensions : diamètre extérieur 550mm, diamètre interne 530mm, profondeur 130mm, épaisseur tôle avant emboutissage 1mm

 

Une caractéristique très importante concerne la répartition de l'épaisseur après l'emboutissage (cf photo ci-dessous). Les marques de glissement de tôle qui sont visibles au bord des coques sont la conséquence de notre méthode de contrôle de la répartition des épaisseur durant l'emboutissage. Une partie de l'acier glisse depuis la bride de serrage vers l'intérieur de la coque, cela évite de trop étirer la matière dans la coque. Le seul moyen de connaitre l'épaisseur et sa distribution et d'en faire la mesure avec un outil adapté (sonde à ultrason, ...).

handpan shells thickness test

 

Informations concernant la qualité :


Informations concernant l'acier "nu" : l'acier que nous utilisons dispose d'une faible protection anticorrosion appliquée par le fabriquant de l'acier sous la forme d'une fine couche d'huile. Les travaux d'emboutissage, de découpe au laser et les diverses manipulations altèrent systématiquement la qualité de la surface et des traces d'oxydation plus ou moins visibles peuvent se former durant le transport et le stockage. Un brossage des coques peut-être demandé juste avant le conditionnement/transport mais cela rendra la tôle encore plus sensible à l'oxydation, ce choix n'est donc conseillé que pour ceux qui assurent eux-même le transport et disposent d'un stockage avec un taux d'humidité contrôlé. Quel que soit l'état visuel de la coque, nous recommandons de réaliser systématiquement un brossage des coques et un dégraissage dans un délai très rapproché des travaux de nitruration.


Informations concernant l'acier nitruré : avant nitruration les coques sont nettoyées et éventuellement poncées pour enlever toute trace de rouille ou de manipulation. Malgré cela, des traces peuvent apparaitre durant la nitruration ou le transport. Une étape de nettoyage avant recuit de la tôle suivi d'un traitement contre la rouille sont recommandés (exemple : froglube, huile minérale). Ces dernières étapes déterminent grandement le résultat esthétique et la résistance à la corrosion du produit final.

 

 

3) notions concernant la nitruration et les brevets

Le choix d’un acier à emboutir à faible teneur en carbone (exemple : DC01 à DC05) impose de réaliser un traitement visant à durcir la tôle.

Un traitement possible est la nitruration dont les principes appliqués à un instrument de musique en métal ont été publiés en l’an 2000 par l’entreprise PANArt Hangbau AG (Conference on New Developments of the Steelpan – Paris – 20/05/2000). Des brevets ont été déposés par cette entreprise concernant la fabrication d’instruments de musique en tôle nitrurée. Ces brevets font l'objet de nombreuses discussions et parfois d'incompréhensions dans la communauté du Handpan.  Nous recommandons à chacun d’étudier le contenu du brevet européen EP2443625 et son historique afin de se forger sa propre opinion et aussi d'apprécier l'incidence que cela peut-avoir sur un projet de fabrication. Il existe une possibilité d’usage sous licence de ce brevet. L'entreprise PANArt a publié en fin d'année 2017 un document pour expliquer leur positionnement.

Nous pouvons distinguer 3 approches concernant la nitruration :

- une nitruration très courte (environ 1h30 à 5h) créant 3 strates dans la matière : une couche de combinaisaon (couche blanche), une couche de diffusion puis une couche centrale d'épaisseur variable dont les caractéristiques de la matière n'ont pas été modifiées. Le protection contre l'oxydation est assez faible mais il est possible de tenter de l'améliorer par une procédure de post oxydation. D'après mon expérience, les instruments réalisés avec ce type de matière ont généralement un sustain très long mais peuvent nécessiter plus de recuits pour être stabilisés.

- une nitruration moyenne (entre 9h et 20h) créant 2 strates dans la matière telle que présentée dans les publications de PANArt en l'an 2000 : il en résulte une couche de combinaison puis une couche de diffusion jusqu'au coeur de la matière. La dureté en surface est environ 2x supérieure à la dureté à coeur. Comparée à une nitruration courte, c'est un type de nitruration qui donne plus de caractère à la matière et elle est souvent considérée comme plus dure à travailler pour les débutants. A mes yeux, plus la nitruration est longue, plus la réaction de la membrane au touché des doigts peut-être travaillée par l'accordeur.

- une nitruration longue (100h) telle que présentée dans le brevet de PANArt pour obtenir une certaine densité de nitrures précipités. C'est une nitruration qu'aucun fabriquant de Handpan ne semble utiliser. PANArt l'utiliserait depuis les Hang dit "integral". Je n'ai jamais pu tester une telle matière et ne peux donc pas faire de commentaire sur ses caractéristiques.

 

Dans cette période où la question du brevet PANArt concernant la nitruration est toujours d'actualité, j'ai (Matthieu - Shellopan) choisi de partager ici mon interprétation personnelle et actuelle de cette question :

Les publications de PANArt concernant la nitruration en l'an 2000 et offertes au monde du Steelpan constituent la contribution la plus reconnue de PANArt à l'histoire de cet instrument de musique. Ces publications partagées librement ont été la source d'information la plus approfondie que tous les fabricants de Handpan ont intégré dans leurs recherches.

Le brevet sur lequel PANArt à travaillé à partir de l'année 2009 a donné naissance à un programme de licence proposant aux fabricants de Handpan d'utiliser un savoir-faire protégé par PANArt. Ce brevet protège une version améliorée de la procédure de nitruration qui était partagée librement depuis l'an 2000. Ce brevet a fait l'objet d'un débat juridique aux Etats-Unis et en Europe car il a souvent été considéré comme un piège pour les fabricants ou apprentis fabricants de Handpan. Sa formulation rendait difficile pour chacun de savoir si ce qu'il faisait pouvait enfreindre le brevet, les entreprises de nitrurations ne savaient pas l'interpréter ou encore son caractère innovant était remis en cause car il était basé sur des travaux de recherche qui n'ont pas fait l'objet de publications. Enfin le programme de licence qui découlait du brevet ventait plus l'avantage commercial issu de l'usage du nom "sous licence PANArt" que l'avantage qualitatif du matériel sous licence.

Une procédure de révision du brevet a été demandée aux Etat-Unis et en Europe. En Europe, c'est une procédure assez légère qui permet de lutter contre les dépôts de brevets préjudiciables (les brevets étant autant des outils pour sécuriser une propriété intellectuelle que des armes d'attaque économique...) et tout citoyen peut demander cette procédure de révision avant le dépassement d'un certain délai. D'après les communications de PANArt publiées fin 2017, il semble qu'ils ont vécu cette procédure de révision comme une attaque à leur encontre. Les procédures de révision ont débouché sur une version plus précise du brevet. Cette version plus précise protège un programme de nitruration conduisant à une nitruration complète dans toute la tôle pour donner une densité linéaire de cristaux de nitrure de fer en forme d'aiguille dans une plage de 40000 m-1 à 80000 m-1. Le brevet spécifie également une méthode pour déterminer cette densité linéaire et PANArt propose à nouveau à chaque fabricant de faire tester la matière qu'il utilise auprès d'un laboratoire d'analyse... Tout cela semblait simple, jusqu'à ce que la procédure de révision a fait l'objet d'une procédure d'appel initiée par le groupe Handpan Maker United puis quelques jours plus tard par PANArt. Les documents publiés pour la future procédure d'appel démontrent qu'il est possible d'obtenir une nitruration entrant dans le cadre du brevet même si celle-ci est de durée moyenne (environ 12 heures) mais la procédure d'appel annule la procédure de révision et c'est à nouveau la version initiale du brevet qui redevient juridiquement valable. Cette procédure d'appel peut prendre de nombreuses années (il est possible de demander une procédure accélérée au niveau des instances européennes en cas de procédure juridique s'appuyant sur le brevet entre PANArt et un fabricant).

Pour moi, la question principale posée par ce brevet est que personne n'est en mesure de dire si une matière réalisée sous licence PANArt permettrait de réaliser des "meilleurs" handpans. Les personnes ayant signé une licence par le passé l'utilisent pour son avantage commercial, mais réalisent en réalité des nitrurations courtes ou moyennes. Il ne faudrait pourtant que quelques preuves de réalisations par d'autres fabricants avec une matière réalisée suivant le savoir-faire de PANArt et la publication de quelques travaux de recherche pour révéler le sens qualitatif à ce programme de licence. En l'absence de telles démonstrations, ce programme apparait comme une offre destinée au développement d'activités économiques. L'évolution du nombre de fabricants cherchant à se différencier pourrait rendre un tel programme attractif mais je garde l'espoir de mieux comprendre l'aspect qualitatif de ce programme.

 

 

4) notions de métallurgie et importance de l'approche scientifique

Il est possible de fabriquer des instruments de musique en se contentant d'accorder des coques disponibles sur le marché mais il me semble que démarrer un véritable projet artisanal lié aux caractéristiques physiques du métal devrait être accompagné d'une étude de ces caractéristiques. Je n'ai pas la compétence pour faire un cours à ce sujet mais pour ne pas se limiter à parler d'un métal dur ou mou, je peux tout de même inviter à se renseigner sur les notions suivantes :

Globalement, être capable d'expliquer les différences entre rigidité, résistance, raideur et dureté est le signe d'une bonne compréhension :)

Les enjeux dans notre domaine d'activité seraient de comprendre l'incidence de tous ces paramètres :

  • sur le timbre d'une note et d'un instrument dans sa globalité
  • sur son style de préparation des notes et d'accordage.
  • sur la durabilité d'un instrument

Des informations intéressantes peuvent être trouvées dans les travaux de recherche de PANArt et de Anthony Achong. Daniel Bernasconi de SOMA Sound Scluptures a aussi publié une synthèse de ses recherches sur son site internet : "science of sounding steel"

 

 


5) L'outillage indispensable à chaque étape

Bien que certains outils coûteux peuvent être mis en commun, certains deviennent très personnels comme par exemple les marteaux. Chacun aura ses préférences à ce sujet et cet article présente mon approche personnelle de ce sujet.

  1. nettoyage des coques : scotch brite grain 180 à 1000 sur meuleuse d'angle, solvant/dégraissant
  2. nitruration : un rack supportant les coques et espaçant les coques dans le four permet d'éviter toute déformation
  3. emboutissage des dimples : empreintes mâles en acier et/ou caoutchouc et femelles en acier + presse <20 tonnes. Vous trouverez ici un outil pour faciliter le calcul des tailles des notes et des dimples : shellopan - note et dimples ratio.xlsx (faire clic droit, enregistrer la cible en cas de difficulté à afficher le fichier)
  4. fabrication de l'évent pour la coque du dessous : empreintes mâles et femelles + presse <20 tonnes + plateau de maintien tournant + marteau de carrossier 1kg
  5. formage de la coque entre les notes : cerclages pour maintenir la jante de la coque + fouloir pneumatique avec différentes têtes + compresseur d'air + maillet caoutchouc dur
  6. recuit : four de taille adaptée et pouvant tenir jusqu'à 400°C (minimum 4kW)
  7. martelage : set de marteaux et maillets (exemples : jimmyshouseofhammers)
  8. accordage : outil d'analyse audio (exemples : linotune, overtone analyser, peterson mechanical strobe tuners)
  9. collage : un pistolet à colle adapté aux mastics épais est vivement recommandé, certaines personnes utilisent un pistolet électrique pour faciliter cette étape.

 

 

 

6) Fabriquer son propre stand d'accordage de Handpan

Vous trouverez ici des informations pour pouvoir construire votre propre stand d'accordage de Handpan. Vous aurez juste besoin de trouver une entreprise de découpe d'acier (laser ou autre) et d'être en mesure de percer des trous (optionnellement de tarauder un pas de vis). Pour le support des cerclages, vous pouvez utiliser un ancien bureau ou tout matériau de récupération en acier ou en bois. En cliquant sur la 2ème image ci-dessous, vous aurez accès à un fichier DWG que vous pourrez envoyer à votre entreprise de découpe.

stand d'accordage de handpan

stand d'accordage fichier pour découpe laser

7) Tarifs du fablab

Shellopan - liste de prix 2018-05 prix TTC

prix HT

pas de matériel disponible à la vente actuellement, prochaine production : 09/2018    
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

 

 

 

 

8) Questions & Réponses

voir la section anglaise de cette page : shellopan fablab

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