Últimas tendencias en la realización de equipos deportivos

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Una tercera revolución industrial está en marcha. La fabricación se está volviendo digital y transformará la forma en que se crean los productos.

Este estudio de caso se refiere a la aplicación de equipos personalizados que utilizan tecnología 3D en la industria manufacturera al presentar un caso de aplicación real. Muestra cómo el uso del escáner 3D integrado con habilidades de diseño asistido por computadora (CAD) puede ayudar a los fabricantes a construir equipos personalizados (espinilleras de fibra de carbono para jugadores de fútbol) para el campo deportivo que requiere equipos perfectamente ajustados para obtener una ventaja competitiva. Hay varias formas de obtener escaneos 3D de objetos físicos. Todos ellos requieren obtener información sobre la posición espacial de los puntos de superficie del objeto. Esto se puede lograr tocando físicamente el objeto con un sensor o usando ondas de sonido o luz. La luz en particular se usa con mucha frecuencia porque es precisa, rápida, confiable y no invasiva. Los sistemas de luz estructurados funcionan con luz estándar en lugar de láser, y proyectan una serie estable y definida de patrones de luz en el objeto seleccionado. La distorsión de la imagen reflejada es luego capturada por las cámaras, y la posición de cada punto en la superficie objetivo se calcula a partir de las distorsiones de los patrones. Como resultado final, la tecnología de luz estructurada es muy rápida y efectiva para escanear superficies de curvas bajas y superficies orgánicas altamente detalladas.

Artec scan being use

Tener equipos deportivos a medida marca una gran diferencia en dos áreas clave de ventaja: rendimiento y comodidad. El uso de tecnologías 3D junto con materiales sofisticados, permite a los jugadores usar equipos que pueden considerarse extensiones reales del cuerpo. En consecuencia, los movimientos no están influenciados por otros elementos, sino que son totalmente naturales. El uso de escáneres 3D también mejora el trabajo de los fabricantes porque al digitalizar todo el proceso, las empresas pueden reducir el tiempo y los costos del proceso de producción. De hecho, obtener datos digitales requiere menos tiempo y genera resultados repetibles sin desperdicio de material. Con motivo del Campeonato Europeo de Fútbol organizado por Polonia y Ucrania en 2012, se han escaneado las piernas de los jugadores nacionales de los clubes de fútbol más importantes para crear nuevas espinilleras de fibra de carbono nuevas, sofisticadas y de mejor ajuste.

El proyecto ha sido desarrollado por dos empresas, “EGS” (socio técnico) y “Campari Compositi Per Campioni” (socio fabricante). Para este proyecto, se utilizó el escáner de luz estructurada Artec EVA (ver figura nr. 1). Es un escáner de mango diseñado para un trabajo preciso y cercano. El escáner 3D Artec EVA combina una luz proyectada y un sistema de cámaras. Al proyectar una banda de luz sobre una superficie, la banda sufre distorsión de acuerdo con la superficie. Las dos cámaras capturan esta distorsión y reconstruyen la forma geométrica exacta del elemento, creando una nube de puntos. Este proceso permite una medición tridimensional perfecta del elemento.

Scan of legs for creation of sport equipment

El primer paso del proyecto fue escanear con precisión a los atletas con un escáner de mango 3D para capturar todos los detalles de la superficie requeridos para cada personalización. Se utilizaron dos escaneos para capturar todo el elemento: el primero desde un lado de la pierna y otro desde el lado opuesto (ver figura nr. 2). El uso del escáner 3D mejoró el trabajo con varios beneficios. Del lado del jugador, se mejora la calidad de la espinillera. Del lado del fabricante, el proceso de producción es más fácil y más preciso.

Después del paso de escaneo, los dos (o más) escaneos deben alinearse juntos para obtener el elemento completo (en este caso específico, la pierna 3D del atleta). Durante este paso pasamos de la nube de puntos a la malla. Para realizar este procedimiento se utilizó el software 3D del escáner (Artec Studio). Los escaneos se pueden alinear simplemente asignando 3 puntos en el primer escaneo. Después de esto, se identificaron otros 3 puntos en la segunda exploración. De esta forma, el software pudo reconocer las superficies comunes y fusionarlas. Es posible ver si el procedimiento se ha completado con éxito observando el color del escaneo. De hecho, como se muestra en la imagen n. 3, cada escaneo tiene un color específico y la fusión puede considerarse buena cuando el color es una mezcla perfecta de los dos escaneos individuales.

Scan of legs for creation of sport equipment

En caso de que fuera necesario trabajar en la nube de puntos antes de la fase de fusión, Artec Studio tiene un comando para la optimización de la nube de puntos. Gracias a los algoritmos automáticos del comando, incluso los usuarios no expertos pueden completar el trabajo de la mejor manera. El proceso digital no es unidireccional: si falta algo, es posible volver al paso de escaneo y adquirir solo la parte necesaria. Es necesario transformar la nube de puntos en una malla (archivo .stl). Esto se llama “proceso de fusión” y significa que todos los puntos se fusionan en triángulos de acuerdo con un cierto orden. También en este caso, los algoritmos automáticos del sistema pueden optimizar la estructura final de la malla (ver figura nr. 4).
Scan of legs for creation of sport equipment

En este punto, el conjunto de datos resultante del proceso de escaneo es una imagen tridimensional (malla) viable con software de ingeniería inversa. En particular, se ha utilizado Leios, un poderoso instrumento para la elaboración de datos en 3D.

Una vez en el sistema, se han utilizado operaciones booleanas en los datos para permitir el modelado preciso del ajuste, personalizado perfectamente a la forma única de la parte del cuerpo del atleta. En este caso específico, fue útil mapear las áreas de calor excesivo y sudor para diseñar telas más cómodas. Además, gracias a la interfaz fácil de usar, fue fácil cerrar los agujeros utilizando la herramienta específica (ver figura 5 y 6).

3D model of leg for the creation of sport equipment
3D model of leg for the creation of sport equipment
Finalmente, se realizó una compensación de malla (ver figura nr. 7) para la realización de las espinilleras personalizadas con el fin de agregar el grosor perfecto de 3 mm para el acolchado de felpa de la espinillera. La realización final del producto pasa por el proceso de impresión 3D. La imagen 3D optimizada de la pierna del jugador trabajada con Leios está impresa en un material especial que puede resistir temperaturas muy altas: el aluminio de nylon. El Campari Compositi Per Campioni hizo las espinilleras en fibra de carbono. Garantiza ligereza, superando la hostilidad del atleta hacia protecciones perturbadoras, pero al mismo tiempo es tan fuerte como el acero. La fibra de carbono se trata en el autoclave a 120 grados Celsius. El proceso de polimerización asegura que la fibra de carbono sobre el modelo de la pierna se deforma de acuerdo con la anatomía del mismo, asegurando una adyacencia perfecta en cada punto. Los procedimientos descritos pueden aplicarse en muchos otros casos, como para protecciones anatómicas para cualquier parte del cuerpo humano o para la creación de instrumentos deportivos y prótesis (ver figura nr. 9).
cast for sport equipment
Hands wearing a medical product prototype