Capacetes de bicicleta personalizados impressos em 3D

Os gêmeos digitais de produto, produção e desempenho permitem a impressão 3D de capacetes de bicicleta, sendo essa em escala industrial econômica como parte de uma solução digital holística de ponta a ponta desenvolvida conjuntamente pela HEXR, EOS e Siemens.

"Como estudante de engenharia mecânica na University College London, percebi que os capacetes de bicicleta nunca tinham sido realmente inovadores", diz Jamie Cook, co-fundador e CEO da fabricante de capacetes de bicicleta HEXR. "Então eu tive a ideia de fabricar capacetes em uma impressora 3D."

Data for impressão 3D precisa para dentro da largura de um cabelo

Como duas cabeças não são iguais, por que os capacetes devem ser idênticos? No início, a cabeça de cada ciclista foi escaneada usando iPads localizados em lojas especializadas selecionadas para produzir capacetes de bicicleta personalizados da HEXR.

Cada capacete HEXR é criado para se adequar aos contornos exatos da cabeça digitalizada do cliente. Em segundos, a varredura gera um modelo virtual composto por 30.000 pontos. Usando esses dados, os capacetes são fabricados por impressão 3D (sinterização seletiva a laser) e enviados dentro de cinco semanas.

 

Graças a um novo aplicativo para iPhone, a digitalização agora é possível de qualquer local. HexR está atualmente imprimindo em 3D cerca de 2.000 capacetes personalizados por ano, e eles esperam ser capazes de fabricar até 50.000 no futuro. Seu foco é produzir grandes quantidades de custo-benefício e alta estabilidade de processos.

Nova solução de impressão 3D industrial

Uma solução completa desenvolvida pela HEXR, EOS e Siemens agora visa acelerar o novo processo e torná-lo mais eficiente e rentável – ao mesmo tempo em que mantém o mesmo nível de qualidade. Isso permitirá que a HEXR expanda seu grupo-alvo.

 

O cerne deste fluxo de trabalho é o projeto e simulação de uma fábrica de AM industrial de alto desempenho. Para obter o sistema de produção ideal para HEXR, a Siemens simulou o custo por peça para diferentes volumes de produção e configurações de produção.

Uma solução de ponta a ponta para produção personalizada

Para industrializar o design e simulação do produto, entram em jogo o sistema CAE Simcenter e o sistema CAD NX como parte do portfólio Xcelerator da Siemens. Este software pode gerar um modelo do capacete que permite aos designers realizar testes de colisão e aerodinâmica no ambiente virtual.

 

Com base na varredura feita usando o aplicativo HEXR, uma nuvem de 30.000 pontos é gerada para combinar perfeitamente com um capacete individual. Posteriormente, esta nuvem de ponto é automaticamente transferida em uma geometria e formato imprimíveis em 3D.

Gêmeos digitais da fábrica

Começando por um gêmeo digital, a Siemens está usando seu software e expertise para projetar conjuntamente a fábrica ideal, começando no ambiente digital – e isso inclui até mesmo calcular o preço do produto. As soluções de monitoramento baseadas em nuvem podem ajudar a aumentar a estabilidade dos processos e a eficiência geral dos equipamentos (OEE), enquanto as soluções de automação reduzem o tempo de chumbo e reduzem os custos de fabricação.

 

A fábrica virtual ideal é criada com o auxílio do software de simulação e simulação da fábrica tecnomatix. A Tecnomatix permite que os engenheiros simulem virtualmente um número ilimitado de diferentes cenários de produção. O gêmeo digital da fábrica deu à equipe a oportunidade de chegar à configuração de fabricação ideal de mais de 100 variantes de planejamento e dominar sua complexa tarefa.

Usando a realidade virtual para visitar a fábrica 

Usando realidade virtual (VR), os planejadores podem "percorrer" um modelo digital da fábrica para detectar e corrigir falhas. Vr também é usado mais abaixo da linha para fornecer aos operadores de máquinas vistas detalhadas das máquinas.

Plataforma digital para pedidos de clientes

Independentemente de onde a cabeça de um cliente é digitalizada, os pedidos precisam ser canalizados para a produção. Isso acontece através da Rede AM baseada em nuvem. Os pedidos são enviados diretamente para a plataforma e atribuídos diretamente a locais de produção e impressoras específicos. Monitorando, analisando e otimizando continuamente a solução, a MindSphere, a plataforma de IoT aberta e baseada em nuvem, torna todo o processo de produção transparente até o cliente final. Com a plataforma de desenvolvimento mendix low-code, programar diferentes aplicativos para implantação no local ou na nuvem é muito fácil.

Balance dutilização da frota de máquinas

Para obter uma utilização equilibrada da frota de máquinas, o sistema de gerenciamento do ciclo de vida do produto Teamcenter (PLM) e a solução Opcenter manufacturing operations management (MOM) podem ser usados para atribuir pedidos a máquinas específicas.

 

O nesting é habilitado pela NX e garante o melhor arranjo possível de peças no volume de construção para utilizar o espaço dado no seu melhor. Como resultado, o quadro percedível é preenchido de forma rápida e confiável, o volume de compilação é otimizado e a distância mínima necessária entre as peças é mantida.

 

A NX também ajuda a comparar diferentes opções de design: por exemplo, imprimir todo o capacete versus imprimi-lo em diferentes segmentos. Isso permitiu que o HEXR comparasse quantas peças podem ser impressas em um trabalho de impressão, o que tem um alto impacto no custo por peça.

 

Impressoras 3D com sinterização a laser seletiva

Os capacetes são impressos em impressoras EOS P 500 3D equipadas com controladores Simatic S7-1500. Usando a tecnologia de fabricação aditiva conhecida como sinterização a laser seletiva, os capacetes são produzidos camada por camada usando Poliamida-11, um material à base de planta feito de óleo de grão-de-ramona.

 

O processo também é ecologicamente correto, tanto porque o pó que não é usado para impressão pode ser reciclado e porque a impressão 3D personalizada significa que nem um único produto precisa ser armazenado. Além disso, a HEXR utiliza materiais sustentáveis para sua embalagem.

Da digitalização à produção industrial

O capacete de bicicleta impresso em 3D personalizado é um exemplo de como o processo de fabricação de aditivos industriais pode ser perfeitamente projetado em toda a cadeia de valor, desde varreduras de cabeça e testes virtuais de colisão até a produção de capacetes industriais. A solução consistente de ponta a ponta permitirá a produção em massa econômica, econômica e personalizada de uma série de outros produtos também, especialmente produtos que precisam se encaixar perfeitamente nas características de seu proprietário.

 

Os principais resultados do projeto são convincentes: a simulação baseada em vários cenários de design e automação prevê uma economia de custo por parte de cerca de 80%, dos quais cerca de 15% são devido à melhor automação de processos. E há mais estratégias de melhoria no horizonte.

Capacetes para todos os tipos de esportes

Qual é o próximo passo do Cook? A empresa dele não quer parar com capacetes de bicicleta impressos em 3D. A HEXR também quer fabricar capacetes personalizados para mountain bikers, canoístas, esquiadores e até pilotos de carros de corrida. Como a cabeça virtual do cliente já está armazenada no HEXR, mais capacetes podem ser encomendados no futuro sem ter que fazer outra varredura.

A EOS é a fornecedora líder mundial em tecnologia e soluções para impressão industrial 3D de metais e plásticos. A empresa independente fundada em 1989 é pioneira e inovadora de soluções integradas na fabricação aditiva. A empresa está sediada em Krailling, perto de Munique, Alemanha.

www.eos.info

A HEXR foi fundada por engenheiros, entre eles Jamie Cook, que ficaram frustrados por os capacetes de bicicleta não terem visto inovação significativa em mais de 30 anos. Os capacetes foram pesquisados e desenvolvidos na Universidade de Oxford e fabricados com o parceiro de aerodinâmica British Cycling. A empresa está sediada em Londres, Reino Unido.

Os capacetes HEXR são construídos sobre uma estrutura de favo de mel que é significativamente melhor no controle do impacto do que a espuma. Cada capacete é criado para os contornos precisos da cabeça do piloto e impresso em 3D a partir de dados que são precisos até dentro da largura de um cabelo. Como resultado, esses capacetes protegem de forma ideal as áreas mais sensíveis. Ao mesmo tempo, a estrutura do capacete o torna tão leve que "Você pode esquecer que ele está lá", diz o site da HEXR, descrevendo o que se diz ser o primeiro capacete de bicicleta personalizado do mundo.

"Os capacetes de espuma padrão absorvem apenas cerca de 30% da energia de impacto", diz Cook, "principalmente porque foram projetados para superfícies planas, não superfícies naturalmente curvas como nossas cabeças. Foi assim que chegamos à ideia de uma estrutura curva de favo de mel fabricada em uma impressora 3D." Cook e sua equipe mais tarde desenvolveram um capacete impresso em 3D que pode absorver o dobro de energia que um capacete padrão com um núcleo de espuma.

www.hexr.com

novembro de 2020

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