La croissance rapide de la technologie des matériaux et de la transformation fait qu’il est essentiel pour les fabricants de plastiques, les fabricants de moules et les concepteurs de rester en contact étroit. Dans le développement des composants en plastique, les propriétés du matériau et son comportement de traitement doivent être pris en compte dès le projet
Figure 1. Une conception biomorphique dynamique et une combinaison de matériaux spécialement sélectionnés
produisent la lame de patin la plus légère et la plus rapide à ce jour.
phase de conception. Dans cet exemple, les études de matériaux et de technologies de l’agence de design d’Altensteig, en Allemagne, et de WST, fabricant d’articles de sport à Villingen-Schwenningen, en Allemagne, ont conduit à la sélection d’un plastique approprié et à un design créatif pour une lame de patin à glace (Figure1).
Exigences extrêmes: Matériau
La lame d’un patin de hockey sur glace produit de la chaleur de frottement par pression et mouvement, provoquant la fonte de la glace et la formation d’un film d’eau entre la surface de la lame et la glace. C’est seulement ce film d’eau qui rendkater sur la glace possible. Plus le processus de formation du film d’eau est bon, plus le joueur de hockey sur glace peut aller vite. L’objectif est donc que la lame atteigne rapidement une température élevée et que la température
reste constante, si possible.
La bonne conductivité thermique des métaux, partagée par les lames en acier massif utilisées dans les systèmes conventionnels, a pour effet de dissiper rapidement la chaleur thermique générée. Les exigences du matériau sélectionné pourle développement de la nouvelle lame de patin a été spécifié pour lutter contre cet effet.
La recherche d’un plastique approprié a commencé par une définition du fonctionnement du système et s’est donc déroulée parallèlement à la conception et au développement de l’ingénierie (Figure 2).
Figure 2. De la première esquisse jusqu’à la conception CAO finale
, le concepteur ne fait aucun compromis.
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A Le premier projet de croquis |
B Le modèle préliminaire, |
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C Après le lancement de la conception |
DLes données de conception CAO permettent de construire un modèle stéréolithographique, qui est peint et utilisé pour tester l’ensemble de la structure du système. |
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Les exigences physiques extrêmes auxquelles le plastique est exposé et les conditions imposées par les processus de production ont fait de cette recherche l’étape la plus chronophage de tout ce projet de développement (Figure 3).
Figure 3. Les modifications détaillées des groupes de composants individuels
sont influencées
par différents plastiques et additifs et
directement implémentées dans la conception CAO.
Des problèmes particuliers ont été posés par la connexion entre la surface de la pale du système de patin? un profilé métallique ? et le plastique.
Lorsqu’il a été constaté qu’un plastique approprié résistait aux contraintes physiques, des coefficients de dilatation et de retrait différents du profil plastique et métallique lors du moulage et du démoulage ont provoqué une connexion défectueuse entre le plastique et le métal. En revanche, lorsque cette connexion a réussi, d’autres propriétés telles que la résistance aux chocs crantée, la rigidité inhérente et la résistance chimique des matériaux se sont révélées insuffisantes (Figure 4).
Après de nombreux essais de moulage par injection, d’essais de prototypes de moules et d’essais de patinage, une coopération étroite entre le fabricant, le concepteur et le mouleur de plastique a conduit à la sélection d’un matériau répondant aux exigences spécifiées.
Figure 4. Lors d’un essai à -41°C, un impact
correspondant à celui d’un palet roulant à
une vitesse de 150 km/h a détruit la base de patin
réalisée dans un matériau inadapté.
Un polyamide à fort impact moulable par injection avec un renforcement en fibre de verre à 35% a résisté aux contraintes extrêmes qui se produisent dans un match de hockey sur glace. Ce plastique sert de matériau de base pour l’ensemble du système de patinet aussi pour la lame elle-même.
La lame, c’est-à-dire la surface de roulement réelle du système, est constituée dea.profilé métallique haute résistance de 7 mm d’épaisseur. Ce profilé métallique, constitué d’un alliage de métal dur à ressort, est soudé au laser dans un procédé entièrement automatisé à une deuxième bande métallique munie d’ouvertures, puis est solidarisé en permanence au plastique lors du processus de moulage par injection.
Il en résulte une lame qui, en raison de l’effet isolant du plastique, ne dissipe pas la chaleur de frottement générée aussi rapidement. L’accumulation de chaleur augmente la température de la surface de la lame d’environ 3 ° C par rapport aux lames conventionnelles. En conséquence de cetteet la surface de la lame hautement polie, l’action de glissement de la lame de skateboard est améliorée de 40%. Ceci, à son tour, augmente la vitesse de patinagecomme par rapport aux lames de patin conventionnelles.
Exigences extrêmes: Conception
La mise en œuvre pratique de la conception du patin de base et la fourniture de stabilisateurs intégrés latéralement pour la lame de patin ont constitué un défi supplémentaire. Les exigences physiques imposées à ces composants étaientvirtuellement identiques à celles faites sur la lame. Cependant, cette fois, il n’a pas été nécessaire de tenir compte des coefficients de dilatation et de retrait, comme c’était le cas avec le composite plastique/métal formant la pale. Un objectif de conception était de réduire le poids du système de patin tout en répondant aux exigences élevées du sport de compétition. La lame de patin développée à partir du composite polyamide / métal est 140g plus légère que les lames de patin traditionnelles et est actuellement le système de lame le plus léger.
Cette minimisation du poids n’a été rendue possible que par l’utilisation de plastiques en conjonction avec un design soigneusement pensé. La réduction de l’épaisseur de la paroi nécessaire à la minimisation du poids a nécessité une conception capable de résister aux effets de force très différents. Structures légèrestrouvées dans la nature et les lois de la distribution des forces utilisées dans les architectures servaient de base à la conception. Ainsi, il a été possible de réduire l’épaisseur de la paroi de la plus grande partie du patin de base à seulement 1,5 mm. La rigidité inhérente du système est conservée, même si le joueur est un poids lourd.La lame de patin résiste à des forces de compression allant jusqu’à 3 000 N, telles que l’acton du système lorsque le patin est freiné, par exemple, et également aux forces d’impact exercées par la rondelle se déplaçant à des vitesses allant jusqu’à 150 km / heure, même à des températures extrêmement basses jusqu’à?35°C
Figure 5. Les moulages initiaux de la base, des stabilisateurs et de la lame du patin
des moules prototypes
sont utilisés pour des tests de chargement de matériaux
en laboratoire et sur la glace.
Pour trouver le bon matériau, de nombreux essais de moulage par injection dans des moules de prototype et des tests dans des conditions pratiques ont été nécessaires. Cela a permis de résoudre les problèmes liés au comportement d’écoulement des plastiques, tels que les marques d’évier dans les zones à forte accumulation de matériaux et les difficultés d’adaptation aux différents groupes de composants. En réduisant la teneur en fibres, il a été possible d’adapter la résistance aux chocs crantés à des températures négatives à la rigidité en torsion requise du patin de base.
Adaptable et interchangeable
Le meulage fastidieux des lames, nécessaire avec les lames en acier traditionnelles, est inutile avec la lame de patin dans le système plastique / métal. La durée de vie de cette lame est trois fois plus longue que celle des systèmes conventionnels en raison de l’alliage métallique spécial et du durcissement de surface élevé. Le postgrindage des lames coûte plus cher que l’achat d’une nouvelle lame et le remplacement de l’ancienne, qui est reprise à l’état usé par le fabricant et repoussée.
La lame de patin peut être changée par le joueur en quelques secondes sans quitter le patin. Les stabilisateurs sur les côtés peuvent être retirés en se dévissantvis spéciales et la lame changée. Il est également possible d’utiliser différentsdes lames pour différentes exigences de joueur. A cet effet, le moule d’injection comporte des inserts interchangeables qui permettent de fournir différentes courbes radiales sur la surface de la lame afin de répondre aux différentes exigences du joueur.
Les tolérances étroites entre les différents groupes de composants (pale, stabilisateurs et base? Figure 5) privilégiez les trajectoires des lignes de force dans le système. La rigidité inhérente obtenue est plus grande qu’avec n’importe quel autrepâle de skate. Des variations de couleurs dans le système sont possibles en changeant le motif, tout comme la décoration de surface avec des peintures à effet spécial.
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