La stampa 3D nello sport

La stampa 3D, o produzione additiva, è una tecnica di produzione che crea un oggetto tridimensionale a partire da un file di progettazione assistita da computer (CAD). Il termine comprende diversi processi che vedono uno o più materiali - tipicamente plastica, metallo, cera o materiali compositi - essere depositati strato per strato per costruire una forma.

L'intero processo è controllato da un computer, il che rende la stampa 3D un metodo economico, efficiente e preciso per creare oggetti di qualsiasi geometria o complessità. Oggi la stampa 3D è utilizzata in tutti i settori industriali per produrre prototipi, strumenti e maschere, componenti e parti per uso finale.

Le stampanti 3D sono disponibili in varie dimensioni, da quelle sufficientemente piccole da stare su un banco di lavoro alle macchine industriali di grande formato.

Le stampanti di grandi dimensioni possono produrre oggetti più grandi, ma le macchine occupano più spazio e costano molto di più delle stampanti da banco. Inoltre, la realizzazione di una stampa di successo è più complessa su una stampante di grande formato a causa del volume di materiale e dei tempi di stampa necessari.

La stampa 3D nel settore dello sport e del fitness offre numerosi vantaggi, tra cui:

Accelerazione della progettazione e dello sviluppo del prodotto
Maggiore flessibilità di progettazione  
Modifiche e miglioramenti più rapidi dei prodotti
Attrezzature più leggere e resistenti
Miglioramento dell'aerodinamica
Migliori opzioni di personalizzazione
Nel mondo dello sport, le frazioni di secondo fanno la differenza tra vincere o perdere. Ogni tempo guadagnato nella velocità di reazione di un atleta o nella velocità di guarigione di un infortunio può offrire un vantaggio competitivo unico.

Il peso è altrettanto importante per le prestazioni degli atleti. Il peso influenza notevolmente la velocità, la resistenza e la potenza di un atleta e dell'attrezzatura, del veicolo o dell'animale su cui si basa. La riduzione del peso può aiutare un atleta a ottenere prestazioni migliori, a recuperare più rapidamente e a competere a un livello superiore.

La stampa 3D nello sport è una chiave che sblocca risparmi di tempo e di peso prima irraggiungibili. Lo fa consentendo la progettazione e la realizzazione di prodotti più leggeri ma altrettanto resistenti, se non addirittura più forti, di quelli realizzati con metodi di produzione più convenzionali.

Inoltre, la stampa 3D nello sport offre una maggiore libertà di progettazione. La tecnologia può produrre geometrie molto complesse che sarebbe difficile, se non impossibile, realizzare in altro modo. L'abbinamento della stampa 3D con la tecnologia di scansione laser offre anche un nuovo livello di personalizzazione del prodotto in base all'anatomia e alle esigenze uniche dell'utente. 

La maggiore accessibilità e convenienza della stampa 3D nello sport ha fatto sì che la tecnologia fornisse un aumento delle prestazioni a tutti i livelli, dai dilettanti agli olimpionici. Molti dei principali produttori di articoli sportivi del mondo, insieme a un numero crescente di start-up e di innovatori del mercato, stanno già sfruttando le capacità di questa tecnologia.

Questa attività ha portato a una rapida crescita delle applicazioni della stampa 3D nello sport, da oggetti semplici come paradenti e parastinchi a creazioni più complesse come mazze da golf e tavole da surf. Ulteriori innovazioni seguiranno sicuramente, man mano che la consapevolezza del potenziale della stampa 3D continuerà a crescere.

La campionessa mondiale di paracanoa Emma Wiggs MBE sapeva che avrebbe potuto ottenere maggiore potenza e spingere la canoa più velocemente con una pagaia più forte e leggera, personalizzata in base alle sue esigenze individuali.

Il design di base della pagaia è rimasto invariato negli anni e non è stato adattato all'ergonomia dei paracanoisti. Mentre la lunghezza poteva essere modificata, la pala, l'asta e l'impugnatura erano uguali per tutti gli atleti, indipendentemente dalla loro taglia, dal peso o dallo stile di impugnatura. 

Poiché la pagaia è stata identificata come un elemento poco performante, il campione paralimpico ha collaborato con gli ingegneri del National Centre for Additive Manufacturing del Manufacturing Technology Centre e del National Composites Centre per ideare una soluzione.

La pagaia in fibra di carbonio riprogettata si è basata su un modello di simulazione al computer dell'ergonomia e delle tecniche individuali di Emma, compreso l'angolo di entrata in acqua della pala. Sono state progettate diverse opzioni per l'impugnatura, personalizzate in base alle mani di Emma, alleggerite e realizzate con la stampa 3D di polimeri ad alte prestazioni.

La pagaia finale aveva un manico su misura più leggero del 50%, uno shaft più rigido del 254% e una pala ridisegnata più rigida del 154% con un angolo migliorato per massimizzare la potenza di Emma all'ingresso in acqua della pala.

Con la pagaia ridisegnata in mano, Emma ha portato a casa la sua seconda medaglia d'oro alle Paralimpiadi del 2020 a Tokyo.

Secondo Emma, "Le gare si vincono con piccoli margini e questo dimostra che i giusti adattamenti alle nostre attrezzature possono fare la differenza il giorno della gara. Ho vinto la mia medaglia d'oro con il miglior tempo paralimpico sotto una pressione estrema, ma sapere di avere tra le mani la migliore pagaia possibile ha fatto un'enorme differenza e ha contribuito in modo decisivo a farmi ottenere la vittoria."

La campionessa mondiale di paracanoa Emma Wiggs MBE sapeva che avrebbe potuto ottenere maggiore potenza e spingere la canoa più velocemente con una pagaia più forte e leggera, personalizzata in base alle sue esigenze individuali.

Il design di base della pagaia è rimasto invariato negli anni e non è stato adattato all'ergonomia dei paracanoisti. Mentre la lunghezza poteva essere modificata, la pala, l'asta e l'impugnatura erano uguali per tutti gli atleti, indipendentemente dalla loro taglia, dal peso o dallo stile di impugnatura. 

Poiché la pagaia è stata identificata come un elemento poco performante, il campione paralimpico ha collaborato con gli ingegneri del National Centre for Additive Manufacturing del Manufacturing Technology Centre e del National Composites Centre per ideare una soluzione.

La pagaia in fibra di carbonio riprogettata si è basata su un modello di simulazione al computer dell'ergonomia e delle tecniche individuali di Emma, compreso l'angolo di entrata in acqua della pala. Sono state progettate diverse opzioni per l'impugnatura, personalizzate in base alle mani di Emma, alleggerite e realizzate con la stampa 3D di polimeri ad alte prestazioni.

La pagaia finale aveva un manico su misura più leggero del 50%, uno shaft più rigido del 254% e una pala ridisegnata più rigida del 154% con un angolo migliorato per massimizzare la potenza di Emma all'ingresso in acqua della pala.

Con la pagaia ridisegnata in mano, Emma ha portato a casa la sua seconda medaglia d'oro alle Paralimpiadi del 2020 a Tokyo.

Secondo Emma, "Le gare si vincono con piccoli margini e questo dimostra che i giusti adattamenti alle nostre attrezzature possono fare la differenza il giorno della gara. Ho vinto la mia medaglia d'oro con il miglior tempo paralimpico sotto una pressione estrema, ma sapere di avere tra le mani la migliore pagaia possibile ha fatto un'enorme differenza e ha contribuito in modo decisivo a farmi ottenere la vittoria."

 

Ginocchia, caviglie e gomiti sono le parti del corpo più comunemente danneggiate negli infortuni legati allo sport. Le lesioni a queste ossa, da piccole fratture a pezzi che si staccano, possono essere dolorose e spesso interrompono la carriera degli atleti. Possono anche portare a un'artrite invalidante.

Sebbene gli atleti siano colpiti in modo sproporzionato da queste lesioni, esse possono colpire chiunque.

Gli scienziati della Rice University e dell'Università del Maryland hanno progettato un'impalcatura stampata in 3D che riproduce le caratteristiche fisiche del tessuto osteocondrale (osso duro sotto uno strato comprimibile di cartilagine che appare come la superficie liscia alle estremità delle ossa lunghe).

In passato i ricercatori hanno faticato a replicare il gradiente di cartilagine-osso e la sua porosità. Il laboratorio di biomateriali della Rice University ha stampato un'impalcatura con miscele personalizzate di polimeri per la cartilagine e ceramica per l'osso. I pori incorporati permettono alle cellule e ai vasi sanguigni del paziente di infiltrarsi nell'impianto, consentendogli di diventare parte dell'osso e della cartilagine naturali.

Questa prova di concetto potrebbe portare a una serie di nuove soluzioni di medicina rigenerativa. Il prossimo passo del progetto è determinare come creare un impianto osteocondrale che si adatti perfettamente all'autonomia del paziente; una sfida che la stampa 3D è perfettamente in grado di risolvere.

La stampa 3D nello sport rappresenta una svolta con opportunità di crescita quasi illimitate per i dilettanti e gli atleti professionisti. Le entusiasmanti innovazioni sono guidate dai miglioramenti nella qualità e nei dettagli degli oggetti stampati (noti come risoluzione), dalla maggiore familiarità del settore con la tecnologia e dalla continua ricerca di materiali più resistenti, come i compositi avanzati.

Tuttavia, la tecnologia ha dei limiti. La stampa 3D nello sport è adatta ai livelli più alti, dove i prodotti sono richiesti in quantità ridotte e le aziende dispongono di budget consistenti per la ricerca e lo sviluppo. Nonostante il suo potenziale, la tecnologia non è ancora in grado di mantenere la promessa di produrre prodotti personalizzati di massa a un volume o a un prezzo elevati.    

• PRODUZIONE SU LARGA SCALA

In molti casi, la stampa 3D nello sport può produrre un singolo articolo o un piccolo lotto di articoli in modo più rapido ed efficiente rispetto ai metodi di produzione tradizionali. Tuttavia, la tecnologia è ancora in difficoltà quando si tratta di grandi volumi.

Ogni macchina può stampare solo un certo numero di oggetti alla volta, a seconda delle dimensioni della macchina e dell'oggetto, quindi la stampa 3D potrebbe non essere la tecnica più veloce o più conveniente per molti prodotti che potrebbero beneficiare della personalizzazione di massa.

• STANDARD NORMATIVI

La stampa 3D nello sport è soggetta agli stessi controlli di qualità di qualsiasi altra tecnologia o metodo di produzione. Queste valutazioni sono un passo importante per far uscire le innovazioni dai laboratori di ricerca e sviluppo e portarle a un uso diffuso. Poiché l'industria sportiva è ancora nelle prime fasi di adozione della stampa 3D, molti di questi controlli devono ancora essere completati o, in alcuni casi, avviati.

Il processo di approvazione dei componenti critici per la sicurezza o dei dispositivi di protezione è particolarmente rigoroso. Sostituire tecniche di produzione collaudate con qualcosa di nuovo comporta un livello di rischio che alcuni produttori o organi di governo dello sport non sono in grado di affrontare. 

Questa situazione potrebbe cambiare man mano che le applicazioni e i materiali di stampa 3D otterranno le relative approvazioni e verranno sviluppati e introdotti standard normativi appropriati.

• QUALITÀ INCOERENTE

Le stampanti 3D non sono ancora in grado di stampare sempre risultati perfetti. I tassi di errore dipendono dalla macchina, dal materiale utilizzato e dall'oggetto stampato. Inoltre, la rimozione di irregolarità superficiali o texture può richiedere ulteriori fasi di lavorazione manuale per ottenere la finitura desiderata.

Fattori come i tassi di fallimento e la post-elaborazione probabilmente si ridurranno con il miglioramento della tecnologia e la maggiore familiarità con la stampa 3D nello sport. Per gli oggetti basati su un modello scansionato, la qualità della stampa finita sarà determinata anche dal livello di sofisticazione dell'apparecchiatura di scansione. Per ottenere stampe di qualità superiore potrebbe essere necessario investire in uno scanner e in una stampante 3D più costosi.

• DIMENSIONE DEI PEZZI

Le stampanti 3D hanno vincoli dimensionali intrinseci che le rendono incapaci di produrre componenti di grandi dimensioni. In alcuni casi, è possibile unire più parti di piccole dimensioni, anche se questa non è sempre la soluzione ideale.

I produttori di stampanti 3D stanno lavorando per risolvere i limiti dimensionali delle macchine esistenti, ad esempio eliminando le barriere presenti nelle tipiche camere di stampa.

Il casco è un elemento fondamentale dell'abbigliamento di sicurezza che difende da fratture del cranio e gravi lesioni cerebrali. Il modo in cui un casco si adatta alla testa di chi lo indossa e il fatto che si muova o meno influiscono sulla protezione che offre.

Riddell è un'azienda specializzata in attrezzature sportive per il football americano ed è molto conosciuta per la sua linea di caschi e per le tecnologie di monitoraggio degli impatti sulla testa. Per migliorare la protezione sul campo dei giocatori a tutti i livelli, Riddell ha collaborato con Carbon 3D per creare la prossima generazione di caschi.

Il modello di casco Riddell SpeedFlex Precision Diamond combina la scansione della testa e il processo di adattamento del casco Riddell Precision-Fit con una fodera del casco stampata in 3D e personalizzata che si adatta precisamente alla testa del giocatore.

Ogni casco contiene più di 140.000 puntoni individuali accuratamente disposti in strutture reticolari progettate per il massimo assorbimento degli impatti con un comfort e una vestibilità superiori. Le strutture reticolari sono stampate in una resina personalizzata progettata appositamente da Carbon per soddisfare i rigorosi requisiti di prestazione di Riddell.

I cuscinetti di rivestimento si inseriscono tra la calotta esterna del casco e la testa del giocatore e il loro design è stato studiato analizzando più di cinque milioni di impatti sul campo catturati dalla tecnologia dei caschi intelligenti di Riddell. Questo database permette di personalizzare ogni struttura reticolare in base alla taglia, alla posizione e allo stile del giocatore.

Secondo un portavoce senior di Riddell, non esistono due giocatori che giocano allo stesso modo, tutti hanno stili e tendenze diverse sul campo. Con lo SpeedFlex Precision Diamond, i giocatori non solo sperimentano la più recente protezione della testa, ma possono anche decidere dove posizionare il casco per migliorare la visuale e massimizzare la visione del campo.