Rastgele yönlendirilmiş ultra ince CFRTP bantları kullanan çığır açan bir şekillendirme teknolojisi, Asics Corporation tarafından geliştirilen sivri uçsuz koşu ayakkabısında gerçekleştirildiği gibi, CFRTP ile en ince detay kalıplamayı elde etmeyi mümkün kılıyor.

Küresel spor ayakkabı pazarı 2018’de 19,0 milyar ABD dolarına yakın bir değere sahipti ve gelecekte önemli bir büyümeye tanık olması bekleniyor. Birçok spor ayakkabısı şirketi, yenilikçi ürünlerin geliştirilmesine odaklanmakta ve gelişmiş ayakkabılar üretmek ve çeşitli tüketici gereksinimlerini karşılamak için karbon fiber gibi çeşitli hammaddeleri kullanmaya çalışmaktadır. Bir seri üretim teknolojisi oluşturmak, Asics’in spor ayakkabı pazarını ele geçirmesi için önemli görevlerden biridir.

Fikir
Sprint ayakkabıları, sporcuların çekişi sağlaması ve güçlerini zemine verimli bir şekilde aktarması için önemli bir rol oynar çünkü sporcu ile yer arasındaki tek arayüz onlardır. Bununla birlikte, mevcut verilere ve çeşitli sporcuların görüşlerine dayanarak, Asics Corporation, çivilerin delme ve dışarı çıkma davranışının en aza indirgenmesi durumunda, sprint performansının iyileştirilebileceğini varsaydı. Bu varsayımlar maddelerdeki gibidir; 1) Çivili pabuçlarla sprint yaparken, çivi pimlerini pist yüzeyine sokarak yeterli çekiş sağlamak çok uzun sürebilir. 2) Çivi pimlerinin girmesiyle oluşan çekiş aşırı olabilir. 3) Ayakkabı tabanının zemin ile temas alanını artırarak çivi pimleri olmadan çekişi artırmak mümkün olabilir.

Yeni sprint ayakkabısını geliştirirken karşılaşılan zorluk iki aşamaydı:

• İlk zorluk, CFRTP çivisiz bir taban yapısı geliştirmekti. Prototip oluşturma sürecinde, tüm metal çivi pimleri, karbon fiberle güçlendirilmiş termoplastiklerden yapılmış altıgen şekilli “kıskaç” elemanlarla değiştirildi. Bu karmaşık yapıyı, düşük esneklikleri nedeniyle geleneksel levha kalıplama bileşikleri (SMC) ile üretmek imkansızdı. Böylece, “tutucular” ı tabandan tepeye etkili bir şekilde güçlendirmek için rastgele yönlendirilmiş ultra ince UD bantlarından yapılan bir CFRTP kullanıldı.
• İkinci zorluk, yeni sprint ayakkabısı için iyi bir hafif ağırlık ve bükülme sertliği dağılımı dengesini korumaktı. Parametrik tasarım, bilgisayar simülasyonları ve 3D baskı teknolojisini kullanan CFRTP, tabanın tüm alanında kullanıldı ve prototipler, mevcut koşu ayakkabılarının ulaştığı en iyi bükülme sertliği dağılımı ve hafiflik özellikleri dengesi için tasarlandı.

Nasıl yapıldı: Tasarım düşüncesinin prototip aşaması
İnovasyon, endüstri-akademi işbirliği ile geliştirildi. Ürün, kompozit malzeme ve matris reçine üreticilerinin yanı sıra üniversite bir koşu ayakkabısı yaratmaya zorlandı. İlk başta, Asics Corporation, temel olarak çeşitli sporcular ve bilim adamlarıyla yapılan konuşmalara dayanan karbon fiber takviyeli termoplastikleri (CFRTP) kullanan benzersiz bir konsept önerdi. Daha sonra, parametrik tasarım ve sonlu eleman analizi kullanarak koşu ayakkabısı tabanını tasarladılar.

Prototipleme sonrasında sporcuların biyomekanik değerleri ve mekanik özellikleri açısından ayakkabının performansı değerlendirildi. Aşınma denemeleri, çeşitli pist yüzeyleri ve hava koşulları altında birinci sınıf sporcularla gerçekleştirildi.

Prototip oluşturma aşamasında, kompozit üreticisi, koşu ayakkabıları için rastgele yönlendirilmiş ultra ince şeritlere dayanan CFRTP malzemesini geliştirdi. Üniversite ile yapılan temel araştırmalar yoluyla mükemmel kalıplanabilirlik ve dayanıklılık için bant uzunluğunu ayarladılar. Matris reçine üreticisi, koşu pabuçlarının pabuçlar ile zemin arasındaki sürtünme ısısı nedeniyle erimesini önlemek için matrisin cam geçiş sıcaklığını yeniden tasarladı.

Yenilikçi teknolojilerle üretim
Asics Corporation, bu proje için rastgele yönlendirilmiş ultra ince CFRTP bantları tercih etti çünkü rastgele fiber kompozitler, ayakkabı tabanı yapıları için ince detaylı kalıplanabilirlik elde etme potansiyeline sahip. Bununla birlikte, mevcut rasgele elyaf kompozitleri kullanarak yüksek kaliteli ince duvarlı ayakkabı tabanları üretmek oldukça zordur.

Bu projeyi gerçekleştirmek için ekip beş önemli yenilikçi teknoloji geliştirdi:

1. Ultra ince kıtık üretmek için hassas yayma
2. Yüksek kaliteli ultra ince tek yönlü (UD) bantların yüksek hızlı imalatı
3. Doğranmış UD bantlarının eşit dağılması
4. Tüm ayakkabı tabanı şekilleri için benzersiz ön şekillendirme teknolojisi
5. Elyaf uzunluğu ve reçine özelliklerinin uygun kontrolü
   

Hassas yayma teknolojisi, karbon fiber lifleri 0,03 mm kalınlığında daha ince hale getirir. Matris olarak yerinde polimerleştirici bir termoplastik epoksi reçine kullanılır. Termoplastik epoksi reçinenin polimerleşmeden önceki viskozitesi çok düşük olduğundan, yayılmış kıtıklara reçine emprenye edilmesi oldukça etkilidir.

Dahası, reçine emprenye etme, şirketin orijinal emprenye teknolojisi kullanıldığında daha etkili hale gelir, böylece boşluksuz ultra ince UD bantları yüksek hızda imal edilebilir. UD bantları daha sonra muntazam bir şekilde dağıtılır ve lamine edilir. Hızlı koşu ayakkabısı tabanı için ön kalıp, bir ayakkabı tabanının kalınlığının 0,2 g hassasiyetle 20 ayrı alan için özel olarak tasarlanabildiği benzersiz bir ön biçimlendirme teknolojisi ile otomatik olarak üretilir.

Ek olarak, malzeme atığı azaltımı iyileştirildi ve hızlı koşu ayakkabısı tabanı yapısının üretimi için elyaf uzunluğu ve reçine özellikleri ayarlandı.

Birinci sınıf sporcular tarafından test edildi
Çivisiz koşu ayakkabısı prototipi, ilk olarak 15 Mayıs 2018’de ASICS’in kurucusu Kihachiro Onitsuka’nın 100. yıldönümünü kutlayan etkinlikte tanıtıldı. Mevcut geliştirme aşaması, dünya çapında sporcular tarafından yapılan ürün test aşamasıdır. Birçok sporcu birkaç aydır antrenmanlarında çivisiz CFRTP sprint ayakkabısının prototiplerini giyiyor ve bazıları Doha’daki 2019 Dünya Atletizm Şampiyonası da dahil olmak üzere yarışlarında prototipleri zaten kullandı. Şirket şu anda aşınma testlerinden, özellikle çeşitli hava ve yüzey koşullarındaki çekiş özelliklerinden yıpranma, yorulma mukavemeti ve çekiş özelliği verilerini ve en önemlisi sporcuların çivisiz koşu ayakkabılarının algılanmasına ilişkin geri bildirimleri topluyor.

Ultra ince karbon fiber kesilmiş bantlar için benzersiz ön şekillendirme teknolojisi sayesinde, bu CFRTP rastgele tabakanın kalıplanabilirliği, tipik SMC kompozitlerinden çok daha az kısıtlama içerir. Bu, “tutucular” ın geometrisini ve yönünü esnek bir şekilde tasarlamayı ve karmaşık üç boyutlu yapıyı imal etmeyi mümkün kıldı. Ek olarak, sivri uçsuz koşu ayakkabısı tabanının bükülme sertliği dağılımı, CFRTP miktarı kontrol edilerek esnek bir şekilde değiştirilebilir. Bir sonraki adım olarak, mekanik / performans verilerini ve sporcuların geri bildirimlerini birleştirmek, sprint ayakkabılarını her sporcu için daha iyi ve daha da optimize etmek için değerlendirilecektir.

Şirket, sadece en iyi sporcuların değil aynı zamanda kolej sporcuları gibi genel tüketicilerin beklentilerini karşılamak için çivisiz koşu ayakkabısı tabanının seri üretim testlerine başladı. Ortaya çıkan seri üretim süreci, futbol ayakkabıları gibi diğer spor ayakkabı kategorilerine genişletilebilir.

Sosyal ve çevresel önemi
Sağlık bilinci tüm dünyada büyüyor ve sporun sosyal önemi de modern toplumda her zamankinden daha fazla büyüyor. Spor, daha uzun ve daha sağlıklı yaşamlar ve daha tatmin olmuş hissetmek için önemli bir unsurdur. Asics Corporation’ın misyonu, dünya çapında sağlıklı ve tatmin edici yaşam tarzlarını teşvik eden ürünler ve hizmetler sağlamaktır.

Çivisiz CFRTP sprint ayakkabısı, başlangıçta atletizm sporcularının sprint performanslarını en üst düzeye çıkarmak için geliştirilmiştir. Pek çok sporcu yaygın olarak prototiplerle eğitim almıştır ve birkaç sporcu, bu ürünün kişisel rekorları izleyerek performanslarını artırmaya önemli ölçüde katkıda bulunduğunu kanıtlamıştır. Bu yenilikçi ürünün sporcunun hayatını yerine getirmesine katkı sağladığı gösterildi. Şirket, seri üretim sürecinin tamamen geliştiği gün gelirse, genel tüketicilere aynı avantajları sağlamak istiyor.

Çevresel etki açısından önemi, bu geliştirmede kullanılan CFRTP matrisinin, yalnızca yeterli arayüzey bağlama özelliklerine değil, aynı zamanda kompozit malzemelerde kullanıldığında yüksek şekillendirme ve geri dönüşüm verimliliğine sahip olması beklenen bir termoplastik epoksi reçine olmasıdır. Bu nedenle, uzun süreli kullanımdan sonra tekrar kalıplama yoluyla çivisiz CFRTP sprint ayakkabı tabanını yeniden kullanmak için büyük bir potansiyel sunar. Ayrıca, benzersiz CFRTP ön şekillendirme yöntemi, atık malzemelerin azaltılmasına katkıda bulunur. Bunun aynı zamanda küresel çevre sorunları üzerinde olumlu bir etkisi olmalıdır.

JEC World Composites Innovation Awards Kazananı
13 Mayıs 2020’de Paris’te düzenlenen sanal bir törende Asics, Spor ve Sağlık kategorisinde JEC World Composites Innovation Awards’ı kazandı. Ödül, kısa mesafelerde hızı artırmak için tasarlanan Asics’in yeni çivisiz palet pabucu Metasprint’in arkasındaki gelişmiş kalıplama teknolojisi için uluslararası bir jüri tarafından verildi.

Referans: JEC Group
www.asics.com