Ajuste de la zapatilla para correr

Al abordar el diseño de un calzado deportivo, o de un equipamiento deportivo en general, el rendimiento es clave. Numerosos factores componen un zapato de rendimiento y los requisitos varían según la función del zapato; Las zapatillas para correr tienen requisitos diferentes a las de las zapatillas de baloncesto, por ejemplo. Los zapatos para correr son livianos y flexibles y están diseñados para amortiguar y estabilizar durante una carrera larga, mientras que los zapatos de baloncesto están diseñados para proporcionar estabilidad al tobillo y absorber los golpes durante cambios repentinos de dirección. La forma en que una zapatilla para correr permite a un corredor aterrizar y empujar en cada paso es un tema de evaluación constante para los ingenieros a medida que surgen nuevas tecnologías. Los materiales de alto rendimiento, como la fibra de carbono, pueden ayudar a proporcionar rigidez sin agregar mucho peso en partes del zapato como la entresuela, la punta del pie y la caña (una estructura de apoyo en el zapato que corre debajo del arco del pie).

La startup china de ropa deportiva Bmai (Beijing, China) tenía el objetivo de fabricar un zapato de maratón de alto rendimiento a un precio que los consumidores cotidianos pudieran pagar, pero quería aprovechar el peso ligero y la rigidez de la fibra de carbono.

“Uno de los impulsores clave para la innovación del calzado son los nuevos materiales”, dice Axis Liu, diseñador principal de Bmai. “Las tecnologías de materiales han avanzado a pasos agigantados en las últimas una o dos décadas. Ahora hay una gran cantidad de materiales para elegir, pero los materiales más livianos que brindan mejor soporte, estabilidad y rendimiento son cada vez más buscados, ya que las marcas confían en ellos para aumentar sus ventajas competitivas ”.

La fibra de carbono se ha utilizado en calzado de alto rendimiento desde la década de 1990, y marcas de calzado como Nike y Adidas la adoptaron para calzado deportivo de élite. Los zapatos para correr con fibra de carbono pueden oscilar entre $ 160 y $ 250. Por ejemplo, el Nike ZoomX Vaporfly, que cuenta con una placa de fibra de carbono de largo completo en la entresuela, se vende por alrededor de $ 250. Cuando considera que los zapatos para correr deben reemplazarse cada 300-500 millas, lo que termina siendo cada 4-6 meses para un corredor que tiene un promedio de 20 millas por semana, el costo puede aumentar rápidamente. Bmai quería producir una zapatilla de buen rendimiento, pero accesible, estéticamente atractiva y asequible para el mercado masivo.

“Una de las mejores cosas de correr es que prácticamente solo necesitas un par de zapatos de buena calidad para comenzar”, dice Liu. "No queremos permitir que el calzado caro se convierta en una barrera".

La compañía se propuso probar un prototipo de vástago de zapato de fibra de carbono en una versión de edición limitada de su zapatilla insignia, Mile 42K, un diseño destinado a corredores de maratón recreativos. El objetivo final era encontrar una solución que permitiera a Bmai producir un calzado comercial que pudiera venderse por alrededor de 399 yuanes ($ 56 USD). La empresa también tenía como objetivo reducir el peso al tiempo que proporcionaba resistencia a la torsión, algo que la fibra de carbono hace bien.

Posibilidades de producción de gran volumen. Debido a que es un termoplástico, Maezio se puede termoformar con altos índices de rendimiento, ciclos más cortos y costos más bajos. Fuente | Covestro

Un material sintonizable

Introduzca la nueva marca Maezio de compuestos termoplásticos continuos reforzados con fibra (CFRTP) presentada por Covestro (Leverkusen, Alemania; Shanghai, China) en octubre de 2018. La línea de productos incluye cintas y láminas reforzadas unidireccionales (UD) hechas de fibras de carbono impregnadas en un matriz de policarbonato (PC). Según Covestro, el CFRTP se puede ajustar para el rendimiento, la estética y las economías de escala, y se puede utilizar en productos en una amplia gama de industrias.

Maezio se puede termoformar con altos índices de rendimiento, ciclos más cortos y costos más bajos para millones de piezas por año. También se pueden integrar otras tecnologías de producción como sobremoldeo, colocación automática de cinta (ATL) y colocación automática de fibra (AFP). La compañía ve a Maezio como un habilitador de materiales para la producción de alto volumen en una amplia gama de aplicaciones.

"Creemos que la marca Maezio puede aportar valor a una nueva generación de productos en todas las industrias al ofrecer una combinación de construcción liviana, resistencias específicas y acabados a una escala aún no alcanzada por materiales avanzados", dice Lisa Ketelsen, directora de compuestos termoplásticos de Covestro.

La principal ventaja de Maezio es su sintonía . Las cintas UD, que tienen solo 120 micrones de grosor, se pueden laminar en diferentes ángulos para formar láminas ajustadas para cumplir con una variedad de criterios mecánicos y de rendimiento. Las láminas resultantes son fuertes, rígidas, livianas y tienen un acabado superficial natural unidireccional. Además, los compuestos CFRTP son reciclables.

Un buen ajuste

Los nuevos diseños de calzado deportivo requieren un alto grado de adaptabilidad en el enfoque. La modificación es parte del proceso de diseño y, a menudo, se requiere una gran cantidad de pruebas e iteraciones.

“[El rendimiento del calzado] está muy orientado al objetivo específico”, dice Arne Boettcher, gerente de desarrollo de mercado de Maezio. "Necesita un material que pueda adaptar a las necesidades exactas de la aplicación y del atleta, y eso es exactamente lo que es Maezio".

Bmai dice que Maezio es muy adecuado para el calzado de Bmai porque, además de ofrecer rigidez con baja densidad, el material ofrece la libertad de afinar.

"Dependiendo de cómo coloque las cintas, el material puede generar diferentes rigideces o rendimiento de torsión dependiendo de las necesidades muy específicas de ese zapato", explica Ketelsen.

Resistencia a la torsión. La caña de fibra de carbono de Covestro pasa por debajo del arco del pie en la zapatilla de maratón de Bmai. Fuente | Covestro

Delgado, pero fuerte. Los espesores de los mangos se encuentran típicamente en el rango de 1-1.2 milímetros. Fuente | Covestro

Para cumplir con los objetivos de peso del zapato Bmai, la caña debería ser delgada, pero también lo suficientemente fuerte para cumplir con los requisitos de torsión. Con eso en mente, el equipo se centró en determinar el recuento de capas para la caña. Si bien Covestro no quiso comentar sobre el número exacto de capas u orientaciones de las fibras, la compañía afirmó que los espesores típicos de los vástagos son de 1-1.2 milímetros y planteó la hipótesis de que una orientación de la fibra de 45 grados lograría la resistencia a la torsión requerida con el espesor requerido. Desde ese punto de partida, Covestro probó e iteró diferentes bandejas.

Según Ketelsen, la clave para diseñar la solución óptima para Bmai fue un ciclo de iteraciones rápidas que incluían sesiones de lluvia de ideas de diseño, afinando el producto, simulando diferentes composiciones, creando un muestreo basado en las simulaciones, cortando y cortando cada muestra para darle forma, y entregar muestras de prueba a Bmai para recibir comentarios.

Covestro utiliza ABAQUS (ABAQUS Inc., Pawtucket, R.I., EE. UU.) Para la simulación estructural y MOLDFLOW (Autodesk, San Rafael, California, EE. UU.) Para la simulación reológica como software estándar. “Hay ciertos requisitos que podemos simular internamente”, dice Ketelsen. “Hacemos la simulación [y] tenemos instalaciones en Alemania, EE. UU. Y China para ensamblar ciertas piezas, hacer pruebas físicas y analizar los datos y llevarlos a producción y adaptarlos”.

Durante el transcurso del proyecto, Covestro repitió el diseño varias veces, compartió detalles y resultados y luego adaptó el diseño. La comunicación cercana fue importante entre Bmai y el Centro de Experiencia de Innovación APAC de Covestro en Shanghai, donde se llevaron a cabo una variedad de pruebas, incluidas pruebas de flexión y pruebas de calidad para determinar la idoneidad y el rendimiento. La empresa transmitía los resultados a Bmai con frecuencia, comunicando las formas en que era necesario ajustar el producto.

“No puede simplemente sentarse y diseñarlo, tiene que probar e iterar”, agrega Boettcher. "Las empresas como Bmai están más acostumbradas a hacer y averiguarlo … Probando, fallando y luego probando de nuevo ”.

Iteración y comunicación. El diseñador líder de Bmai, Axis Liu, trabaja con los miembros del equipo de Covestro en el Centro de Experiencia de Innovación APAC de Covestro en Shanghai. Fuente | Covestro

A lo largo de las muchas iteraciones de diseño, Covestro también se encontró equilibrando varias consideraciones adicionales, incluida la compatibilidad de adhesión del componente con otros materiales en el zapato. Sin embargo, la velocidad de comercialización también fue importante dado el mercado de calzado deportivo altamente competitivo, donde los nuevos estilos debutan rápidamente. Según Boettcher, la velocidad y la agilidad en la producción de muestras de prueba eran esenciales.

Lecciones aprendidas

El 42K Lite de Bmai se presentó el año pasado y cumplió con los requisitos de torsión, estética y rendimiento general. Covestro dice que el proceso de diseño con el zapato ofreció información sobre cómo la empresa podría trabajar con Maezio en otros mercados.

“[La] clave es la interacción con los diseñadores y la interacción con aquellos que toman decisiones”, dice Ketelsen. "Lo que hicimos muy bien en este ejemplo con los zapatos, y algo que también queremos llevar a otras industrias, fue establecer una hipótesis basada en lo que creemos que es valioso, y luego probarlo e iterarlo con el cliente".

Según Covestro, Maezio también está atrayendo interés en la industria eléctrica y electrónica, automotriz, tecnología médica, bienes de consumo como electrodomésticos, muebles y equipaje, además de artículos deportivos y calzado deportivo.