O fabrico aditivo no desenvolvimento de um selim de bicicleta

Abstract

O ciclismo de estrada é um desporto de grande exigência que requer simbiose entre o ciclista e a bicicleta, no seu contacto com o selim. Os processos convencionais de fabricação de selins enfrentam limitações para alcançar o equilíbrio entre conforto, customização e segurança. O fabrico aditivo (FA) traz numerosas vantagens na agilidade de fabrico de peças complexas e designs customizados mais eficientes, que permitem explorar a sua difusão para a fabricação de produtos finais. Contudo, a orientação para o desporto é ainda escassa. Esta dissertação procura responder de que modo a tecnologia FA pode ser aplicada na fabricação de um selim funcional, no âmbito do ciclismo de estrada de competição, e que melhorias de interação com o utilizador podem ser acopladas a este componente, face aos convencionais. Através dos processo de engenharia inversa, foi reproduzida uma interface modelo de um selim benchmark e elaborados estudos de geração de design, otimizados topologicamente, concebendo-se um modelo de selim (chassi) em material nylon englobando vários componentes num só, inovador pela sua estrutura orgânica. Foi também elaborada uma análise exploratória para a integração de estruturas lattice no âmbito do enchimento esponjoso do selim de acordo com um mapa de pressões de contacto, típico de um ciclista de estrada de elite. As peças fabricadas pelo método de Fused Filament Fabrication (FFF) (chassi e esponja) verificaram boa qualidade de impressão. As características estruturais do chassi, registadas pelos ensaios experimentais de compressão, ficaram aquém das expectativas, ainda que satisfeitos os parâmetros de segurança relativos à adaptação da norma ISO 4210-9:2014. Por fim, concluiu-se que a fabricação do protótipo é uma potencial prova de que o fabrico aditivo e, em especial, a tecnologia FFF, demonstra boa qualidade e exequibilidade na fabricação de produtos funcionais finais, permitindo uma ampla liberdade no design de todo o conjunto (chassi e esponja). Contudo, o deslocamentos exagerados e a rotação operacional registada, revelaram um comportamento desajustado do modelo para a sua adoção no terreno. Todavia, a colocação deste projeto numa perspetiva de mercado, desafia os designs de selins atuais. Este projeto, deriva ainda numa clara possibilidade de adotar esta tecnologia transversalmente a todas as modalidades de ciclismo.

Road cycling is a highly demanding sport that requires a symbiotic relationship between the cyclist and the bicycle, particularly in their contact with the saddle. Conventional saddle manufacturing processes face limitations in achieving a balance between comfort, customization, and safety. Additive manufacturing (AM) offers numerous advantages in the rapid production of complex parts and more efficient customized designs, which opens a door for applications in the manufacturing of final products. However, its orientation towards sports applications is still limited. This thesis seeks to address how AM technology can be applied to produce a functional saddle for competitive road cycling and what user interaction improvements can be incorporated into this part compared to the conventional ones. Through reverse engineering processes, an interface of a benchmark saddle was reproduced, and topologically optimized design studies were conducted, resulting in a saddle model (chassis) made of nylon, combining various components into an innovative organically structured part. An exploratory analysis was also carried out to integrate lattice structures into the saddle’s sponge according to a contact pressure map, typical of an elite road cyclist. The parts were manufactured using the Fused Filament Fabrication (FFF) method (chassis and sponge) both meeting good print quality standards. However, the structural characteristics of the chassis, as determined through experimental compression tests, did not correspond to what was expected, even though they met safety parameters considering ISO 4210-9:2014. In conclusion, the prototype manufacturing demonstrates the potential of additive manufacturing, especially the FFF tecnhology, in producing high-quality and functional end products, offering considerable design freedom for the entire assembly (chassis and sponge). However, excessive displacements and observed operational rotation indicate a misalignment of the model for practical adoption. Nevertheless, positioning this project in the a market context, challenges current saddle designs. This project also represents a clear opportunity to adopt this technology across all cycling modalities.