La rapida crescita della tecnologia dei materiali e della lavorazione lo rende essenziale per i produttori di materie plastiche, i produttori di stampi e i progettisti da tenere in closetouch. Nello sviluppo di componenti in plastica, le proprietà del materiale e il suo comportamento di lavorazione dovrebbero essere presi in considerazione fin dal progetto

Figura 1. Un biomorphicdesign dinamico e
combinazione di materiali appositamente selezionati insieme
producono la lama da skate più leggera e veloce di sempre.

fase di progettazione. In questo esempio, gli studi materiali e tecnologici diprogdesign, un’agenzia di design di Altensteig, in Germania, e di WST, un produttore di articoli sportivi di Villingen-Schwenningen, in Germania, hanno portato alla scelta di una plastica adatta e ad un design creativo per una lama per pattini da ghiaccio (Figura1).

Richieste estreme: Materiale

La lama di un pattino da hockey su ghiaccio produce calore di attrito attraverso la pressione e il movimento, causando lo scioglimento del ghiaccio e la formazione di un film d’acqua tra la superficie della lama e il ghiaccio. È solo questo film d’acqua che rendepossibile pattinare sul ghiaccio. Migliore è il processo di formazione del film d’acqua,più velocemente il giocatore di hockey su ghiaccio può andare. Pertanto, l’obiettivo è che la lama raggiunga rapidamente una temperatura elevata e che la temperatura
rimanga costante, se possibile.

La buona conduttività termica dei metalli, condivisa dalle lame in acciaio solido utilizzate nei sistemi convenzionali, ha l’effetto di dissipare rapidamente il calore frizionale generato. I requisiti del materiale selezionato persviluppo della nuova lama da skate sono stati specificati per combattere questo effetto.

La ricerca di una plastica idonea è iniziata con una definizione del modo in cui il sistema avrebbe funzionato e quindi si è svolta parallelamente alla progettazione e allo sviluppo ingegneristico (Figura 2).

Figura 2. Dal primo schizzo fino alla progettazione CAD finale
, il progettista non accetta compromessi.

A Il primo schizzo serve come base per discussione tra i progettisti e ingegneri.

B Il modello preliminare, realizzato in schiuma rigida, consente al cliente di visualizzare per la prima volta le idee dei progettisti , tridimensionali, .

C Dopo il rilascio del progetto dal cliente, il designer, lavorando con il materie plastiche esperti tecnici, perfetto il design del skate sistema utilizzando CAD.

D I dati di progettazione CAD consentono di costruire un modello stereolitografico, che viene verniciato e utilizzato per testare l’intera struttura del sistema.

I requisiti fisici estremi a cui la plastica è esposta e le condizioni imposte dai processi di produzione hanno reso questa ricerca la fase più dispendiosa in termini di tempo nell’intero progetto di sviluppo (Figura 3).

Figura 3. Le modifiche di dettaglio dei singoli gruppi di componenti
sono influenzate
da materie plastiche e additivi diversi e
direttamente implementate nella progettazione CAD.

Problemi particolari sono stati posti dalla connessione tra la superficie della lamedel sistema skate ? un profilo metallico ? e la plastica.

Quando è stata trovata una plastica adatta a sopportare le sollecitazioni fisiche,diversi coefficienti di espansione e ritiro del profilo di plastica e metallo sia nello stampaggio che nella sformatura hanno causato un collegamento difettoso tra la plastica e il metallo. D’altra parte,quando questa connessione è riuscita, altre proprietà come la resistenza all’impatto dentellata,la rigidità intrinseca e la resistenza chimica dei materiali si sono dimostrate inadeguate (Figura 4).

Dopo numerose prove di stampaggio ad iniezione, prove di prototipi di stampi e prove di pattinaggio,la stretta collaborazione tra il produttore di plastica, il progettista e il produttore di stampi ha portato alla scelta di un materiale che soddisfacesse i requisiti specificati.

Figura 4. In una prova a -41°C, un impatto
corrispondente a quello di un disco che viaggiava a
una velocità di 150 km/h ha distrutto la base del pattino
realizzata con materiale inadatto.

Una poliammide ad alto impatto stampabile ad iniezione con rinforzo in fibra di vetro al 35% ha resistito alle sollecitazioni estreme che si verificano in un hockeymatch di ghiaccio. Questa plastica funge da materiale di base per l’intero sistema skate e anche per la lama stessa.

La lama, cioè la superficie effettiva del corridore del sistema, è costituita daa .profilo metallico ad alta resistenza spessore 7 mm. Questo profilo metallico, costituito da una lega di metallo duro a molla, è saldato al laser in un processo completamente automatizzato ad una seconda fascia metallica dotata di aperture e viene quindi permanentemente unito alla plastica durante il processo di stampaggio ad iniezione.

Il risultato è una lama che, a causa dell’effetto isolante della plastica, non dissipa così rapidamente il calore di attrito generato. L’accumulo di calore risultante aumenta la temperatura della superficie della lama di circa 3°C rispetto alle lame convenzionali. Come conseguenza di questoe la superficie della lama altamente lucidata, l’azione scorrevole dello skateblade è migliorata del 40 percento. Questo, a sua volta, aumenta la velocità di pattinamentocome rispetto alle lame da skate convenzionali.

Richieste estreme: Design

L’implementazione pratica del design per il pattino di base e la fornitura di stabilizzatori integrati lateralmente per la lama del pattino hanno dimostrato un’ulteriore sfida. Le richieste fisiche fatte su questi componenti eranovirtualmente identiche a quelle fatte sulla lama. Tuttavia, questa volta non era necessario tenere conto dei coefficienti di espansione e restringimento come nel caso del composito di plastica/metallo che forma la lama. Un obiettivo di design era quello di ridurre il peso del sistema di skate e tuttavia soddisfare ancora gli elevati requisiti dello sport competitivo. La lama da skate sviluppata dal composito poliammide / metallo è 140g più leggera delle lame da skate tradizionali e attualmente il sistema di lame più leggero.

Questa minimizzazione del peso è stata resa possibile solo dall’uso di plasticein combinazione con un design attentamente studiato. La riduzione dello spessore della parete necessaria per la minimizzazione del peso ha richiesto un design capace di resistere agli effetti di forza molto diversi. Le strutture leggere trovate in natura e le leggi della distribuzione della forza utilizzate nelle architettureservito come base per il design. Pertanto, è stato possibile ridurre lo spessore della parete della parte più grande del pattino di base a soli 1,5 mm. L’intrinseca rigidità del sistema viene mantenuta, anche se il giocatore è un peso massimo.La lama del pattino resiste alle forze di compressione fino a 3.000 N, quale acton il sistema quando il pattino è frenato, per esempio ed anche le forze di impatto esercitate dal disco che viaggia alle velocità di fino a 150 km/ora, evenat temperature estremamente basse giù a ?35°C.

Figura 5. Gli stampi iniziali del pattino
base, stabilizzatori e lama del prototipo
stampi vengono utilizzati per prove di carico del materiale
in laboratorio e sul ghiaccio.

Per trovare il materiale corretto, sono state necessarie numerose prove di stampaggio a iniezione in stampi prototipici e prove in condizioni pratiche. Ciò ha permesso di risolvere i problemi relativi al comportamento del flusso delle materie plastiche,come i segni di affondamento in aree di elevato accumulo di materiale e le difficoltà di adattamento nei singoli gruppi di componenti. Riducendo il contenuto di fibre, è stato possibile adattare la forza d’impatto dentellata a temperature minusalla rigidità torsionale richiesta del pattino di base.

Adattabile e intercambiabile

Con la lama del pattino nel sistema plastica/metallo non è necessaria una lunga rettifica delle lame, necessaria con le lame tradizionali in acciaio. La vita utile di questa lama è tre volte più lunga di quella dei sistemi convenzionali a causa della speciale lega metallica e dell’elevato indurimento superficiale. Postgrindingof le lame costa più che l’acquisto di una nuova lama e la sostituzione di quello vecchio, che viene ripreso nella condizione usurata dal manufacturerand reground.

La lama del pattino può essere cambiata dal giocatore in alcuni secondi senza togliere il pattino. Gli stabilizzatori ai lati possono essere rimossi con viti speciali e la lama cambiata. È anche possibile utilizzare differentblade per le diverse esigenze del giocatore. A tal fine, l’injectionmould ha inserti intercambiabili che consentono di fornire diverse curve radiali sulla superficie della lama per soddisfare le diverse esigenze del giocatore.

Le strette tolleranze tra i singoli gruppi di componenti (lama,stabilizzatori e base ? Figura 5) favorire i percorsi delle linee di forza all’interno del sistema. La rigidità intrinseca raggiunta è maggiore rispetto a qualsiasi altralama in gomma. Le variazioni di colore nel sistema sono possibili cambiando il pigmento, così come la decorazione della superficie con vernici ad effetto speciale.

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