Stratasys Chega às Pistas com Esquis Impressos em 3D

3D printed skis

O co-fundador, presidente e diretor de inovação Scott Crump orgulhosamente exibe o 3DpSkis

Nem todos os recordes dos esportes de inverno estão sendo batidos em Sochi. Aqui está um novo de Lake Tahoe!

O co-fundador, presidente e diretor comercial da Stratasys Scott Crump recentemente enfrentou as pistas para testar um par do que se acredita ser o primeiro esqui impresso em 3D totalmente funcional (assista o clipe ao final do blog). Dominic  Mannella, engenheiro de aplicações sênior da Stratasys que projetou os esquis, observou: “Scott adora ser o primeiro a provar tudo, especialmente quando se trata de impressão em 3D. Eu não conheço ninguém que tenha descido com esquis impressos em 3D antes. Este é um tipo de aventura certa para o Scott – ele é um caçador de emoções de longa data e com muitas façanhas a seu favor.”

Veja como eles fizeram isto

Felizmente, Dominic fez um registro do projeto e do processo de fabricação do 3DpSkis. Aqui estão alguns trechos:

Um esqui moderno possui alguns requisitos básicos. Uma camada inferior que pode levar cera e bordas de metal as quais podem ser modeladas é um bom começo. Você anexa o material da base e as bordas de metal em uma estrutura que fornece a forma do esqui e algo para prender as fixações. Esta estrutura é tipicamente feita através da laminação de diferentes materiais (por exemplo, madeira , metal, plásticos, etc.) em conjunto com epóxi sob pressão. O epóxi cura e você tem um esqui.

Eu decidi usar P-Tex, material base padrão da indústria, e bordas de metal junto com as peças impressas em 3D para tornar real, para os esquis funcionarem em uma impressão 3D.

Para o método de impressão 3D, nós escolhemos a tecnologia Fused Deposition Modeling (FDM) de impressão 3D, pois trabalha com uma gama de termoplásticos de produção de grau adequado para ambientes ao ar livre em excesso. Especificamente, nós construímos os esquis com resina ULTEM ™ 9085, pois oferece excelente força mecânica e resistência à temperatura e variações de umidade, além de um nível de rigidez ideal para este projeto. Além disso, sua resistência ao calor e química iria manter-se bem com o processo de epóxi. Fizemos um par de esquis em bronze ULTEM e outro em preto.

3d printed skis, fortus production system

Esqui impresso em 3D pelo sistema de produção Fortus 900mc

Eu projetei o esqui na SolidWorks. Bônus: eu era capaz de facilmente criar e personalizar a ferramenta de produção e impressão em 3D para cortar o P-Tex e montar os esquis.

Na Skunkworks, não existe aquela coisa de tentativa fracassada. No entanto, confesso que nós fizemos muitas seções de testes para obter o design que queríamos. Aqui está uma foto:

3d printed skis iterations

Seções de teste de impressão 3D dos esquis em múltiplas iterações

Para o projeto final, eu dividi cada esqui em duas partes (ponta e cauda) que se encaixam e imprimem na diagonal no envelope de construção do nosso Sistema de Produção Fortus 900mc e acrescentei recursos que ajudariam facilmente alinhar e juntar as duas metades. Eu projetei a base do esqui para aceitar as inserções dos fixadores de metal e um intervalo para que a borda metálica pudesse encaixar entre a base P-Tex do esqui 3D impresso.

Ski with recess edge in CAD

Esqui com intervalo na borda em CAD

Para maximizar a força e minimizar o peso, eu deixei o interior do esqui com uma estrutura triangular semi-oca..

Strong, lightweight semi-hollow interior fill in CAD

Forte, preenchimento interior leve e semi-oco em CAD

Aqui está um exemplo do ferramental customizado que eu fui capaz de projetar facilmente na SolidWorks, ao lado do próprio esqui: Eu usei esse modelo 3D impresso para cortar o estoque de folhas P-Tex  na forma correta.

3D printed template for cutting P-Tex sheet stock

Modelo impresso em 3D para corte do estoque de folhas P-Tex

Nós colamos as bordas de metal com a borda de P-Tex. (Para quem não conhece, P-Tex é um poliuretano flexível e fino, cuja função é a de aceitar cera). E as bordas de metal entram em uma fina e flexível tira. Estes elementos fazem os esquis utilizável, mas não fornecem estrutura substancial. O corpo principal do esqui, que fornece a força, é realmente impresso em 3D.

Applying the metal edge and P-Tex to the ski

Aplicação da borda de metal e P-Tex ao esqui

Nós fixamos a base em um dispositivo impresso em 3D com curvatura e inclinação adequada do esqui e forma da ponta e cauda — outro exemplo de ferramenta customizada.

Custom assembly fixture

Fixação de montagem customizada

Nós escondemos as superfícies sem fixadores com fitas e aplicamos epóxi nas superfícies a serem fixadas. Em seguida, fixamos a partes nos respectivos lugares, prendemos as peças na prensa, unimos por pressão e deixamos por toda a noite.

Ski fixture clamped for overnight bonding process

Fixação do esqui por processo de pressão durante a noite

Removemos o esqui da prensa, limpamos, modelamos as bordas e enceramos, em seguida adicionamos as fixações e os logos impresso em 3D.

Completed ski with bindings and branding

Esqui completo com fixações e a marca

Tem sido divertido ouvir reações positivas nas pistas de esqui. Aqui estou eu (à esquerda) no encontro de vendas em Tahoe com Scott e os executivos de vendas da Stratasys, Darin Everett (centro-direita) e Eric Bert (à direita). Eric foi o segundo piloto de teste e disse: “Eu adoro a capacidade de rotação e inclinação desses esquis. Eles funcionam tão bem ou melhor que meu último par de esquis comprados na loja.”

Left to right: Dominic Mannella, Stratasys Senior Applications Engineer; Scott Crump, Stratasys Chairman and Chief Innovation Officer; Darin Everett, Territory Manager. S. Central US, Stratasys; Eric Bert, Vice President of Commercial Sales – North America, Stratasys

Da esquerda para a direita: Dominic Mannella, Engenheiro de Aplicações Sênior; Scott Crump, Presidente e Diretor de Inovação; Darin Everett, Gerente de Território S. Central US; Eric Bert, Vice Presidente de Vendas – América do Norte.

Alguns membros da indústria até sugeriram que este poderia ser um divisor de águas para o negócio de esqui customizado, permitindo aos esquiadores comprarem esquis ajustados exatamente para suas especificações.

Assista Scott demonstrar os esquis 3D nas pistas de esqui em Lake Tahoe. Nós demos nota 10.0!

<img class=”size-full wp-image-119965″ alt=”3D printed skis” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/scott-crump-3d-printed-skis.jpg” width=”225″ height=”339″ /> Stratasys co-founder, chairman and chief innovation officer Scott Crump proudly brandishing the 3DpSkis

Not all the winter sports records are being set in Sochi. Here’s one fresh from Lake Tahoe!

Stratasys co-founder, chairman and chief innovation officer Scott Crump recently braved the slopes to test a pair of what are believed to be the first fully functional 3D printed skis <a href=”http://youtu.be/Yjj48yPcFWg”>(watch the clip at the end of the blog).</a> Dominic  Mannella, the Stratasys senior applications engineer who designed the skis, noted,  “Scott loves to be the first to try anything, especially when it comes to 3D printing. I am not aware of anyone who has ever taken 3D printed skis downhill before.  This kind of adventure is right up Scott’s alley — he’s a longtime thrill-seeker with many exploits to his credit.”
<h3>Here’s How They Did It</h3>
<i>Luckily, Dominic kept a log of the 3DpSkis design and manufacturing process. Here are some excerpts:</i>

A modern ski has a few basic requirements. A bottom layer that can take up wax and metal edges that can be sharpened are a good start. You attach the base material and metal edges to a structure that provides the shape of the ski and something to attach the bindings to. This structure is typically made by laminating different materials (e.g., wood, metal, plastics, etc.) together with epoxy under pressure. The epoxy cures and you have a ski.

I decided to use industry-standard P-Tex base material and metal edges together with 3D printed parts to make real, functioning 3D printed skis.

For the 3D printing method, we picked Fused Deposition Modeling (<a href=”http://www.stratasys.com/3d-printers/technology/fdm-technology”>FDM</a>) 3D printing Technology because it works with a range of production-grade thermoplastics suitable for abusive outdoor environments. Specifically, we built the skis in <a href=”http://www.stratasys.com/materials/fdm/ultem-9085″>ULTEM™ 9085</a> resin because it offers excellent mechanical strength and resistance to temperature and moisture fluctuations, plus a level of rigidity just right for this project. Also, its chemical and heat resistance would hold up well to the epoxy layup process. We made one pair of skis in tan ULTEM and one in black.

<img class=”size-full wp-image-119964 ” alt=”3d printed skis, fortus production system” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-1.jpg” width=”300″ height=”216″ /> Ski segment 3D printed on the Fortus 900mc Production System

I designed the ski in <a href=”http://www.solidworks.com/”>SolidWorks</a>. Bonus: I was able to easily design and 3D print custom production tooling to cut the P-Tex and assemble the skis.

At Skunkworks, there’s no such thing as a failed attempt. However, I will say that we made many test iterations of sections of the ski to dial in the design we liked. Here’s a snapshot:

<img class=”size-full wp-image-119963″ alt=”3d printed skis iterations” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-2.jpg” width=”300″ height=”199″ /> 3D printed test sections of the skis in multiple iterations

For the final design, I divided each ski into two parts (tip and tail) that would fit and print diagonally in the build envelope of our <a href=”http://www.stratasys.com/3d-printers/production-series/fortus-900mc”>Fortus 900mc</a> Production System, and added features that would help easily align and join the two halves. I designed the bottom of the ski to accept the metal binding inserts, and recessed the edge so the metal edging could fit between the P-Tex base the 3D printed ski.

<img class=”size-full wp-image-119962″ alt=”Ski with recess edge in CAD ” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-3.jpg” width=”300″ height=”164″ /> Ski with recess edge in CAD

To maximize strength and minimize weight, I populated the interior of the ski with a semi-hollow triangular fill structure.

<img class=”size-full wp-image-119961″ alt=”Strong, lightweight semi-hollow interior fill in CAD ” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-4.jpg” width=”300″ height=”164″ /> Strong, lightweight semi-hollow interior fill in CAD

Here’s an example of the custom tooling I was able to easily design in SolidWorks alongside the ski itself: I used this 3D printed template to cut the P-Tex sheet stock to just the right shape.

<img class=”size-full wp-image-119960″ alt=”3D printed template for cutting P-Tex sheet stock” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-5.jpg” width=”300″ height=”200″ /> 3D printed template for cutting P-Tex sheet stock

We glued the metal edges to the edge of the P-Tex. (Non-skiers should note that P-Tex is a thin, flexible polyurethane, the function of which is to accept wax). And the metal edges come in a thin, flexible strip. These stock elements make the skis useable but don’t provide substantial structure. The main body of the ski, which provides the strength, truly is 3D printed.

<img class=”size-full wp-image-119959″ alt=”Applying the metal edge and P-Tex to the ski ” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-6.jpg” width=”300″ height=”199″ /> Applying the metal edge and P-Tex to the ski

We set the base onto a 3D printed fixture with the proper curve of the ski’s camber and shape of the tip and tail — another custom tooling example.

<img class=”size-full wp-image-119958″ alt=”Custom assembly fixture ” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-7.jpg” width=”300″ height=”199″ /> Custom assembly fixture

We masked non-bonded surfaces with masking tape and applied epoxy to the surfaces to be bonded. Then we bonded the binding inserts into place, laid the parts up on the fixture, clamped everything together and left it all to set up overnight.

<img class=”size-full wp-image-119957″ alt=”Ski fixture clamped for overnight bonding process” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-8.jpg” width=”300″ height=”199″ /> Ski fixture clamped for overnight bonding process

We removed the ski from the press, cleaned it up, sharpened the edges and hot-waxed it, then added bindings and 3D printed logos.

<img class=”size-full wp-image-119956″ alt=”Completed ski with bindings and branding” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-9.jpg” width=”300″ height=”199″ /> Completed ski with bindings and branding

It’s been fun hearing positive reactions on the slopes. Here’s me (left) at the Tahoe sales meeting with Scott and Stratasys sales executives Darin Everett (center right) and Eric Bert (right). Eric was the second test pilot, and he said, “I love the turning capability and camber of these skis. They perform as well if not better than my last pair of store-bought boards.”

<img class=”size-full wp-image-119955″ alt=”Left to right: Dominic Mannella, Stratasys Senior Applications Engineer; Scott Crump, Stratasys Chairman and Chief Innovation Officer; Darin Everett, Territory Manager. S. Central US, Stratasys; Eric Bert, Vice President of Commercial Sales – North America, Stratasys” src=”http://blog.stratasys.com/wp-content/uploads/2014/02/skis-10.jpg” width=”580″ height=”385″ /> Left to right: Dominic Mannella, Stratasys Senior Applications Engineer; Scott Crump, Stratasys Chairman and Chief Innovation Officer; Darin Everett, Territory Manager. S. Central US, Stratasys; Eric Bert, Vice President of Commercial Sales – North America, Stratasys

Some industry insiders have even suggested that this could be a game-changer for the custom ski business, allowing skiers to purchase skis truly dialed in to their exact specifications.

<a href=”http://youtu.be/Yjj48yPcFWg”>Watch Scott demonstrate the 3D skis on the slopes at Lake Tahoe</a>. We give him a 10.0!

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