Ajustando o tênis de corrida

Ao abordar o design de um calçado esportivo - ou de equipamentos esportivos em geral - o desempenho é fundamental. Vários fatores constituem um calçado de alta performance, e os requisitos variam de acordo com a função do calçado; tênis de corrida têm requisitos diferentes dos tênis de basquete, por exemplo. Os tênis de corrida são leves e flexíveis e projetados para amortecer e estabilizar em uma corrida longa, enquanto os tênis de basquete são projetados para fornecer estabilidade no tornozelo e absorver choques durante mudanças repentinas de direção. O modo como um tênis de corrida permite que um corredor pouse e dê impulso a cada passo é um assunto de avaliação constante para engenheiros à medida que novas tecnologias surgem. Materiais de alto desempenho, como fibra de carbono, podem ajudar a fornecer rigidez sem adicionar muito peso em partes do calçado como a sola intermédia, a ponta do pé e a canela (uma estrutura de suporte no calçado que passa por baixo do arco do pé).

A startup de roupas esportivas chinesa Bmai (Pequim, China) tinha o objetivo de fazer um sapato de maratona de alto desempenho a um preço que os consumidores comuns podem pagar, mas queria aproveitar as vantagens da leveza e rigidez da fibra de carbono.

“Um dos principais impulsionadores da inovação em calçados são os novos materiais”, afirma Axis Liu, designer-chefe da Bmai. “As tecnologias de materiais avançaram aos trancos e barrancos nas últimas uma ou duas décadas. Agora há uma infinidade de materiais para escolher, mas os materiais mais leves que fornecem melhor suporte, estabilidade e desempenho são cada vez mais procurados, pois as marcas contam com eles para aumentar suas vantagens competitivas. ”

A fibra de carbono tem sido usada em calçados de alto desempenho desde a década de 1990, com marcas de calçados como Nike e Adidas adotando-a para calçados esportivos de elite. Os tênis de corrida com fibra de carbono podem variar de US $ 160 a US $ 250. Por exemplo, o Nike ZoomX Vaporfly, que apresenta uma placa de fibra de carbono de comprimento total na entressola, é vendido por cerca de US $ 250. Quando você considera que os tênis de corrida precisam ser substituídos a cada 300-500 milhas, o que acaba sendo a cada 4-6 meses para um corredor que faz uma média de 20 milhas por semana, o custo pode aumentar rapidamente. Bmai queria produzir um tênis com aquele bom desempenho, mas que fosse acessível, esteticamente atraente e acessível para o mercado de massa.

“Uma das melhores coisas sobre a corrida é que você só precisa de um par de tênis de boa qualidade para começar”, diz Liu. “Não queremos que calçados caros se tornem uma barreira.”

A empresa decidiu testar um protótipo de haste de sapato de fibra de carbono em uma versão de edição limitada de seu principal tênis de corrida, o Mile 42K - um projeto voltado para corredores de maratona recreativos. O objetivo final era encontrar uma solução que permitisse à Bmai produzir um calçado comercial que pudesse custar cerca de 399 yuans (US $ 56). A empresa também teve como objetivo reduzir o peso e, ao mesmo tempo, fornecer resistência à torção, algo que a fibra de carbono faz bem.

Possibilidades de produção de alto volume. Por ser um termoplástico, o Maezio pode ser termoformado com altas taxas de rendimento, tempos de ciclo mais curtos e custos mais baixos. Fonte | Covestro

Um material sintonizável

Digite a nova marca Maezio de compósitos termoplásticos reforçados com fibra contínua (CFRTP) introduzida pela Covestro (Leverkusen, Alemanha; Xangai, China) em outubro de 2018. A linha de produtos inclui fitas reforçadas unidirecionais (UD) e folhas feitas de fibras de carbono impregnadas dentro de um matriz de policarbonato (PC). De acordo com Covestro, o CFRTP pode ser ajustado para desempenho, estética e economia de escala, e pode ser usado em produtos em uma ampla gama de indústrias.

Maezio pode ser termoformado com altas taxas de rendimento, tempos de ciclo mais curtos e custos mais baixos para milhões de peças por ano. Outras tecnologias de produção, como sobremoldagem, colocação automatizada de fita (ATL) e colocação automática de fibra (AFP), também podem ser integradas. A empresa vê o Maezio como um facilitador de materiais para a produção de alto volume em uma ampla gama de aplicações.

“Acreditamos que a marca Maezio pode agregar valor a uma nova geração de produtos em todos os setores, oferecendo uma combinação de construção leve, resistências específicas e acabamentos em uma escala ainda não alcançada por materiais avançados”, disse Lisa Ketelsen, chefe de Compósitos Termoplásticos para Covestro.

A principal vantagem do Maezio é sua sintonia . As fitas UD, que têm apenas 120 mícrons de espessura, podem ser laminadas em diferentes ângulos para formar folhas ajustadas para atender a uma variedade de critérios mecânicos e de desempenho. As folhas resultantes são fortes, rígidas, leves e têm um acabamento de superfície natural e unidirecional. Além disso, os compostos CFRTP são recicláveis.

Um bom ajuste

Novos designs de calçados esportivos exigem um alto grau de adaptabilidade na abordagem. A modificação é parte do processo de design e muitos testes e iterações costumam ser necessários.

“[O desempenho do calçado] é muito direcionado ao objetivo específico”, diz Arne Boettcher, gerente de desenvolvimento de mercado da Maezio. “Você precisa de um material que possa adaptar às necessidades exatas da aplicação e do atleta - e isso é exatamente o que Maezio é.”

Bmai diz que Maezio é bem adequado para o calçado de Bmai porque, além de oferecer rigidez com baixa densidade, o material oferece liberdade de afinação.

“Dependendo de como você coloca as fitas, o material é capaz de gerar diferentes rigidez ou desempenho de torção dependendo das necessidades muito específicas desse calçado”, explica Ketelsen.

Resistência à torção. A haste de fibra de carbono de Covestro passa por baixo do arco do pé no tênis de maratona de Bmai. Fonte | Covestro

Fino, mas forte. As espessuras da haste estão normalmente na faixa de 1-1,2 milímetros. Fonte | Covestro

Para atender às metas de peso da sapata Bmai, a haste precisa ser fina, mas também forte o suficiente para atender aos requisitos de torção. Com isso em mente, a equipe se concentrou em determinar a contagem de camadas da haste. Embora a Covestro não comente sobre o número exato de camadas ou orientações das fibras, a empresa afirmou que as espessuras típicas da haste são de 1 a 1,2 milímetros e formulou a hipótese de que uma orientação da fibra de 45 graus atingiria a resistência à torção necessária na espessura exigida. Desse ponto de partida, A Covestro testou e repetiu layups diferentes.

De acordo com Ketelsen, a chave para projetar a solução ideal para o Bmai foi um ciclo de iterações rápidas que incluiu sessões de brainstorming de projeto, ajuste do produto, simulação de composições diferentes, criação de uma amostra com base nas simulações, corte e corte de cada amostra para dar forma, e entrega de amostras de teste para Bmai para feedback.

Covestro usa ABAQUS (ABAQUS Inc., Pawtucket, R.I., EUA) para simulação estrutural e MOLDFLOW (Autodesk, San Rafael, Califórnia, EUA) para simulação reológica como software padrão. “Existem certos requisitos que podemos simular internamente”, diz Ketelsen. “Fazemos a simulação [e] temos instalações na Alemanha, EUA e China para montar certas peças, fazer testes físicos e analisar os dados e levá-los de volta à produção e adaptação.”

Durante o curso do projeto, Covestro repetiu o design várias vezes, compartilhando detalhes e resultados e, em seguida, adaptando o design. A comunicação próxima foi importante entre o Bmai e o APAC Innovation Experience Center da Covestro em Xangai, onde uma série de testes foram realizados, incluindo testes de dobra e testes de qualidade para adequação e desempenho. A empresa retransmitia os resultados para a Bmai com frequência, comunicando as maneiras pelas quais o produto precisava ser ajustado.

“Você não pode simplesmente sentar e projetar - você tem que testar e iterar”, acrescenta Boettcher. “Empresas como a Bmai estão mais acostumadas a apenas fazer e descobrir ... testando, reprovando e, em seguida, testando novamente. ”

Iteração e comunicação. O designer-chefe da Bmai, Axis Liu, trabalha com os membros da equipe da Covestro no APAC Innovation Experience Center da Covestro em Xangai. Fonte | Covestro

Ao longo das muitas iterações de design, a Covestro também se encontrou equilibrando várias considerações adicionais, incluindo a compatibilidade de adesão do componente com outros materiais no sapato. No entanto, a velocidade de lançamento no mercado também foi importante, dado o mercado altamente competitivo de calçados esportivos, onde novos estilos são lançados rapidamente. De acordo com Boettcher, velocidade e agilidade na produção de amostras de teste eram essenciais.

Lições aprendidas

O 42K Lite da Bmai foi revelado no ano passado e atendeu ao da empresa requisitos de torção, estética e desempenho geral. Covestro diz que o processo de design do sapato ofereceu insights sobre como a empresa poderia trabalhar com Maezio em outros mercados.

“[A] chave é a interação com os designers e com aqueles que tomam decisões”, diz Ketelsen. “O que fizemos muito bem neste exemplo com os sapatos - e algo que queremos levar para outras indústrias também - foi definir uma hipótese com base no que consideramos valioso e, em seguida, testar e repetir isso com o cliente.”

De acordo com Covestro, Maezio também está despertando interesse na indústria elétrica e eletrônica, automotiva, de tecnologia médica, bens de consumo como eletrodomésticos, móveis e malas, além de artigos esportivos e calçados esportivos.