L’impugnatura del bullone CBAM stampata in 3D “vale il suo peso in oro” per migliorare le prestazioni

Introduzione

Ricoh 3D ha risposto alle mutevoli esigenze del mondo del lavoro moderno e ha sfruttato oltre 80 anni di esperienza nel settore manifatturiero per fornire una gamma completa di soluzioni end-to-end nel campo della stampa 3D. Essendo un’azienda orgogliosa della co-creazione, il team di Ricoh 3D collabora regolarmente con i partner e i clienti nuovi ed esistenti per comprendere i “punti dolenti” e fornire prodotti e servizi innovativi a supporto delle aziende.

In questo particolare progetto, Ricoh 3D ha collaborato con il partner strategico Impossible Objects, un’azienda statunitense specializzata nella produzione additiva che utilizza la tecnologia CBAM (Composite Based Additive Manufacturing) per realizzare prodotti in fibra di carbonio o di vetro. Insieme, il duo ha lavorato a stretto contatto con Athletics 3D, un’azienda francese specializzata nella realizzazione di attrezzature ergonomiche personalizzate per gli atleti di discipline come la scherma, il pentathlon moderno, il canottaggio, l’hockey e altre. Fondata nel 2017, Athletics 3D lavora con alcuni dei migliori atleti d’élite del mondo.

Applicazione

Il biathlon è uno sport olimpico invernale che combina lo sci di fondo e l’uso del fucile e viene trattato come una gara. In vista dei Campionati Mondiali di Biathlon del 2023 a Oberhof, in Germania, diversi atleti d’élite hanno chiesto ad Athletics 3D di trovare una soluzione multi-benefica per migliorare la velocità di ricarica (e la coerenza del movimento) e per diminuire il movimento complessivo del fucile e lo sforzo tra un colpo e l’altro.

I fucili da biathlon sono a otturatore e si sparano da proni o in piedi, a seconda del colpo. L’otturatore di un fucile da biathlon è incredibilmente leggero e può essere azionato solo con il dito del grilletto, senza che l’operatore debba muovere il braccio.

Un’impugnatura standard per bulloni, ampiamente utilizzata dai biatleti per facilitare il meccanismo di ricarica, è realizzata in alluminio e pesa in genere circa 15g. Questo ha evidenziato ad Athletics 3D la difficoltà e la “finezza dei margini” che sarebbero stati necessari per fornire agli atleti un materiale adatto e vantaggi fisiologici rispetto ai loro concorrenti.

Avendo già lavorato con Ricoh 3D in passato, Athletics 3D ha contattato lo Specialista dei Materiali di Ricoh 3D, Enrico Gallino, per discutere una soluzione su misura.

Dopo diverse discussioni tecniche, la soluzione si è presentata sotto forma dell’esclusiva tecnologia CBAM di Impossible Objects.

Le stampanti CBAM funzionano in più fasi. Il processo inizia con l’inserimento nella macchina di lunghi fogli di fibra di carbonio o di fibra di vetro. Le forme stratificate ricavate dalle sezioni CAD vengono poi stampate sui fogli di fibra utilizzando un fluido trasparente e una tecnologia a getto d’inchiostro termico.

La polvere polimerica ad alte prestazioni viene quindi applicata sul foglio di fibra, aderendo al fluido di stampa. La polvere in eccesso viene poi rimossa, lasciando la polvere nella forma della bitmap. Questo processo viene ripetuto per tutti gli strati.

I fogli vengono impilati e poi riscaldati fino al punto di fusione del polimero e compressi per consolidare il pezzo all’altezza progettata. Le porzioni non legate delle fibre dei fogli vengono poi rimosse attraverso un processo meccanico o chimico, rivelando la parte finale completata.

Vuoi saperne di più sul CBAM?

Per un’analisi più approfondita della tecnologia CBAM, guarda il nostro webinar dedicato all’ argomento.

Una volta creato un design “accettabile” e approvato dagli esperti di Athletics 3D – in linea con le regole e i regolamenti delle competizioni olimpiche invernali di biathlon – Impossible Objects ha dato vita al manico del bullone CBAM, stampando il design con fibra di carbonio rinforzata in PolyEtherEtherKetone (PEEK).

La fibra di carbonio PEEK (altrimenti nota nel settore come CF PEEK) era il materiale ideale da utilizzare per la nuova impugnatura del bullone, in quanto ha un rapporto forza-peso incredibilmente elevato, un’alta resistenza agli urti e all’usura e non si deforma né si ritira. Questo significa che è perfettamente adatto all’uso in un ambiente molto freddo, dove è probabile che subisca urti o impatti nel corso di un evento, sia per le condizioni che per l’uso da parte degli atleti.

Era anche importante che l’impugnatura del bullone fosse leggera dal punto di vista agonistico, sia dal punto di vista fisico che mentale. Oltre ai guadagni marginali ottenuti grazie alla progettazione e alla produzione di attrezzature in continua evoluzione, per gli atleti ad alte prestazioni la convinzione che l’attrezzatura possa dare loro un vantaggio è importante quanto i vantaggi reali che l’attrezzatura offre.

Il processo spiegato

Clément Jacquelin, presidente e fondatore di Athletics 3D, ha spiegato il processo.

Ha detto: “L’obiettivo era quello di migliorare il movimento della mano durante l’azione di ricarica per gli atleti.

“In base alle forme dell’impugnatura della pistola e alle dimensioni della mano, ogni atleta può ottimizzare il movimento della mano per migliorare la stabilizzazione del braccio durante il processo di ricarica.

“Dopo aver sviluppato alcuni prototipi e averli mostrati agli atleti, abbiamo perfezionato la forma prima di stamparla con il materiale giusto”.

Prima, utilizzando una tipica maniglia per bulloni in alluminio.

Dopo, utilizzando la nuova impugnatura del bullone in CF PEEK.