El rápido crecimiento de la tecnología de materiales y procesamiento hace que sea esencial para los fabricantes de plásticos, moldeadores y diseñadores mantenerse cerca. En el desarrollo de componentes de plástico, las propiedades del material y su comportamiento de procesamiento deben tenerse en cuenta en el proyecto

Gráfico 1 Un diseño biomórfico dinámico y una combinación de materiales especialmente seleccionados
producen la hoja de patín más ligera y rápida hasta la fecha.

etapa de diseño. En este ejemplo, los estudios de materiales y tecnología de la agencia de diseño de Altensteig, Alemania, y de WST, un fabricante de artículos deportivos de Villingen-Schwenningen, Alemania, condujeron a la selección de un plástico adecuado y a un diseño creativo para una cuchilla de patinaje sobre hielo (Figura 1).

Demandas extremas: Material

La cuchilla de un patín de hockey sobre hielo produce calor por fricción a través de la presión y el movimiento, lo que hace que el hielo se derrita y se forme una película de agua entre la superficie de la cuchilla y el hielo. Es solo esta película de agua la que hace posible el patinaje sobre hielo. Cuanto mejor sea el proceso de formación de la película de agua,más rápido puede ir el jugador de hockey sobre hielo. Por lo tanto, el objetivo es que la cuchilla alcance una temperatura alta rápidamente y que la temperatura
se mantenga constante, si es posible.

La buena conductividad térmica de los metales, compartida por las cuchillas de acero sólido utilizadas en sistemas convencionales, tiene el efecto de disipar rápidamente el calor friccional generado. Los requisitos del material seleccionado para el desarrollo de la nueva hoja de patín se especificaron para combatir este efecto.

La búsqueda de un plástico adecuado comenzó con una definición de la forma en que funcionaría el sistema y, por lo tanto, se desarrolló en paralelo con el diseño y el desarrollo de la ingeniería (Figura 2).

Figura 2. Desde el primer boceto hasta el diseño CAD
final, el diseñador no permite concesiones.

A El primer boceto sirve de base para la discusión de entre los diseñadores e ingenieros de .

B El modelo preliminar, de espuma rígida, permite que el cliente para visualizar los diseñadores’ ideas,en tres dimensiones, por primera vez.

C Después del lanzamiento del diseño por parte del cliente, los diseñadores , trabajando con los expertos técnicos de plásticos , perfeccionan el diseño del sistema de patines utilizando CAD.

D Los datos de diseño CAD permiten construir un modelo estereolitográfico, que se pinta y se utiliza para probar toda la estructura del sistema.

Los requisitos físicos extremos a los que está expuesto el plástico y las condiciones impuestas por los procesos de producción hicieron de esta búsqueda la etapa de mayor consumo de tiempo en todo este proyecto de desarrollo (Figura 3).

Gráfico 3 Las modificaciones de detalle de los grupos de componentes individuales
están influenciadas por
por diferentes plásticos y aditivos y
implementadas directamente en el diseño CAD.

¿Se plantearon problemas particulares por la conexión entre la superficie de la hoja del sistema de patines ? un perfil de metal ? y el plástico.

Cuando se encontró un plástico adecuado para soportar las tensiones físicas,los diferentes coeficientes de expansión y contracción del perfil de plástico y metal, tanto en el moldeo como en el desmoldeo, causaron una conexión defectuosa entre el plástico y el metal. Por otro lado,cuando esta conexión tuvo éxito, otras propiedades como la resistencia al impacto con muescas,la rigidez inherente y la resistencia química de los materiales resultaron inadecuadas (Figura 4).

Después de numerosas pruebas de moldeo por inyección, pruebas de prototipos de moldes y pruebas de patinaje,la estrecha cooperación entre el fabricante de plástico, el diseñador y el fabricante de moldes llevó a la selección de un material que cumplía los requisitos especificados.

Gráfico 4 En un ensayo a -41°C,un impacto
correspondiente al de un disco que viajaba a
a una velocidad de 150 km/h destruyó la base de patines
hecha de un material inadecuado.

Una poliamida moldeable por inyección de alto impacto con un refuerzo de fibra de vidrio del 35 por ciento resistió las tensiones extremas que se producen en un par de corvejones de hielo. Este plástico sirve como material de base para todo el sistema de patines y también para la propia cuchilla.

La cuchilla, es decir, la superficie de rodadura real del sistema, consta de una .perfil metálico de alta resistencia de 7 mm de espesor. Este perfil metálico, que consiste en una aleación de metal duro por resorte, se suelda con láser en un proceso totalmente automatizado a una segunda banda metálica provista de aberturas, y luego se une permanentemente al plástico durante el proceso de moldeo por inyección.

El resultado es una cuchilla que, debido al efecto aislante del plástico, no disipa el calor de fricción generado tan rápidamente. La acumulación de calor resultante aumenta la temperatura de la superficie de la cuchilla en aproximadamente 3°C en comparación con las cuchillas convencionales. Como consecuencia de esto y de la superficie de la cuchilla altamente pulida, la acción deslizante de la cuchilla se mejora en un 40 por ciento. Esto, a su vez, aumenta las velocidades de patinaje en comparación con las cuchillas de patinaje convencionales.

Demandas extremas: Diseño

La implementación práctica del diseño para el patín básico y la provisión de estabilizadores lateralmente integrados para la cuchilla del patín constituyen un desafío adicional. Las exigencias físicas de estos componentes eran prácticamente idénticas a las de la hoja. Sin embargo, esta vez no fue necesario tener en cuenta los coeficientes de expansión y contracción, como fue el caso con el compuesto plástico/metal que forma la cuchilla. Uno de los objetivos de diseño era reducir el peso del sistema de patines y, sin embargo, cumplir con los altos requisitos del deporte competitivo. La cuchilla de patín desarrollada a partir del compuesto de poliamida/metal es 140 g más ligera que las cuchillas de patín tradicionales y, en la actualidad, el sistema de cuchillas más ligero.

Esta minimización de peso solo fue posible gracias al uso de plásticos en combinación con un diseño cuidadosamente pensado. La reducción del grosor de la pared necesaria para minimizar el peso requería un diseño capaz de soportar los muy diferentes efectos de fuerza. Las estructuras ligeras encontradas en la naturaleza y las leyes de distribución de la fuerza utilizadas en las arquitecturas sirvieron de base para el diseño. Por lo tanto, fue posible reducir el grosor de la pared de la parte más grande del patín básico a solo 1,5 mm. Se mantiene la rigidez inherente del sistema, incluso si el jugador es un peso pesado. La hoja de patín resiste fuerzas de compresión de hasta 3.000 N, como por ejemplo, el sistema cuando el patín está frenado, y también las fuerzas de impacto que ejerce el disco viajando a velocidades de hasta 150 km/hora, incluso a temperaturas extremadamente bajas hasta ?35°C.

Figura 5. Las molduras iniciales de la base del patín
, los estabilizadores y la cuchilla de los moldes prototipo
se utilizan para pruebas de carga de material
en el laboratorio y en el hielo.

Para encontrar el material correcto, se requirieron numerosas pruebas de moldeo por inyección en moldes de prototipos y pruebas en condiciones prácticas. Esto permite resolver los problemas relacionados con el comportamiento de flujo de los plásticos,como las marcas de hundimiento en áreas de alta acumulación de material y dificultades que encajan en los grupos de componentes individuales. Al reducir el contenido de fibra,fue posible adaptar la resistencia al impacto de las muescas a temperaturas mínimas a la rigidez torsional requerida del patín básico.

Adaptable e intercambiable

El esmerilado de cuchillas que consume mucho tiempo, requerido con cuchillas de acero tradicionales,no es necesario con la cuchilla de patines en el sistema de plástico/metal. La vida útil de esta cuchilla es tres veces más larga que la de los sistemas convencionales debido a la aleación de metal especial y el alto endurecimiento de la superficie. El afilado posterior de las cuchillas cuesta más que comprar una cuchilla nueva y reemplazar la vieja, que el fabricante recupera en el estado desgastado y vuelve a moler.

El jugador puede cambiar la hoja de patín en unos segundos sin quitarla del patín. Los estabilizadores en los lados se pueden quitar deshaciendo tornillos especiales y cambiando la cuchilla. También es posible utilizar diferentes cuchillas para diferentes requisitos del jugador. Para este fin, el molde de inyección tiene insertos intercambiables que permiten proporcionar diferentes curvas radiales en la superficie de la cuchilla para cumplir con los diferentes requisitos del reproductor.

Las tolerancias estrechas entre los grupos de componentes individuales (cuchilla,estabilizadores y base ? Figura 5) favorezca los trazados de líneas de fuerza dentro del sistema. La rigidez inherente lograda es mayor que con cualquier otra hoja de patines. Las variaciones de color en el sistema son posibles cambiando el dibujo, al igual que la decoración de la superficie con pinturas de efecto especial.

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