A Hankook Tire & Technology é mais do que uma fabricante de pneus. Com foco na automação e tecnologia que permitirá "a inovação para o futuro", a empresa sediada em Seul priorizou os veículos elétricos em sua atividade. Recentemente, a Hankook precisou de uma maneira rápida e econômica para impulsionar a inovação por meio da iteração de vários designs plásticos e elastoméricos com geometrias complexas para seu pneu não pneumático (NPT) i-Flex, que acabaria por se tornar um componente chave na premiada plataforma de mobilidade autônoma HPS-Cell da Hankook. Ao aproveitar as tecnologias de fabricação de aditivo de plástico e elastômero da 3D Systems, o estúdio de design da Hankook conseguiu iterar designs rapidamente e compartilhar peças de grau de produção entre suas equipes de design e teste, reduzindo os custos. 

“O objetivo principal do uso da impressão 3D é uma comunicação melhor com a equipe de P&D antes que ela construa o molde real para produzir o pneu. Os moldes tradicionais são usinados, muito caros e levam muito tempo para serem desenvolvidos, mas essa também tem sido a maneira convencional de se descobrir um novo design, forma e até volume. Agora, usando tecnologias de fabricação de aditivo da 3D Systems, podemos trabalhar mais rapidamente com a equipe de P&D para descobrir a forma ou a estrutura usando pequenas partes da estrutura e, depois, testar nossos protótipos com relação a segurança, ruído e outros parâmetros.” 

- Rosa Youn, gerente do estúdio de inovação em design da Hankook Tire & Technology
 

Hankook exibe pneu mostrando detalhes intrincados

O desafio

Agilize os designs e testes de pneus e rodas complexos e com vários materiais enquanto reduz os custos

A Hankook Tire & Technology entende que as soluções de mobilidade autônoma do futuro exigem uma nova geração de pneus que combinem manutenção mínima com máxima segurança e conforto. Com sua baixa manutenção e maior segurança, os NPTs são predestinados para esse campo de aplicação, mas o desenvolvimento de um NPT que atenda a todos esses critérios apresentava um desafio de design complexo e caro. Os designers da Hankook acreditavam que um design biomimético, que imitasse tecidos biológicos, forneceria suporte interno para o NPT; entretanto, com um número quase infinito de possíveis designs de estrutura celular, o estúdio de design da Hankook precisava de uma maneira de avaliar rapidamente as peças parciais, bem como os modelos completos em escala. 

Os métodos tradicionais de prototipagem para pneus novos geralmente começavam com um esboço em 2D, passando para um design CAD em 3D que seria convertido em um molde de alumínio por meio de operadores de máquina humanos qualificados. Todo o processo foi muito caro e muito lento; cada iteração demorava semanas ou meses. 

Além disso, a matriz de "raios" de suporte biomimético do NPT desafiou até mesmo as estações de usinagem mais capacitadas, em razão de suas complexas estruturas ocas e interligadas. Depois de explorar vários sistemas aditivos para prototipagem rápida e produção de baixo volume, a Hankook escolheu a plataforma de tecnologia Figure 4 da 3D Systems para as estruturas de suporte plásticas e bandas de rodagem de borracha. A Hankook também recorreu à CP Tech, parceira da 3D Systems, para sinterização a laser seletivo (SLS) na concepção das estruturas e dobradiças metálicas dos pneus, o que impulsionou o desenvolvimento de seus protótipos de NPT i-Flex. O resultado é o futuro da mobilidade, como gostam de dizer os designers da Hankook. 

A solução

1 – Estruturas de raios para o pneu não pneumático i-Flex

Peças de pneu da Hankook impressas em 3D

Várias iterações e conceitos de raios impressos com as tecnologias de fabricação de aditivo da 3D Systems (r) que levaram ao design final da HPS-Cell da Hankook (L)

O pneu NPT da Hankook inclui uma complexa matriz plástica biomimética para suporte interno, uma banda de rodagem de pneu externa elastomérica e peças metálicas que desempenham algumas das funções de suporte de um aro de pneu, além de funções adicionais necessárias para veículos autônomos. A usinagem dessas estruturas ocas em plástico seria quase impossível. 

“Para nós, por causa das tecnologias de fabricação de aditivo [da 3D Systems], podemos criar o design ou fazer tudo o que queremos ou podemos imaginar. Essa tecnologia pode eliminar os limites da fabricação, o que é realmente ótimo para nós. Com o design tradicional de produtos, por exemplo, a construção e usinagem, há muitos limites. As ferramentas de máquinas têm limites. Já a fabricação de aditivo não tem esses limites”, disse Hee Sung Jang, designer do estúdio de inovação em design da Hankook Tire & Technology.

Usando a plataforma Figure 4, os designers da Hankook são capazes de iterar rapidamente diferentes matrizes de suporte usando o plástico Figure 4 PRO-BLK 10 com suas propriedades mecânicas semelhantes às do termoplástico. A equipe do estúdio de design da Hankook poderia transformar rapidamente designs 3D de diferentes matrizes biomiméticas em protótipos parciais ou em escala que mantivessem o mesmo espaçamento celular, o que é criticamente importante para os testes downstream, tudo isso enquanto limita os custos de desenvolvimento. Com peças parciais que incluem estruturas celulares em escala real, os designers do estúdio de design poderiam rapidamente medir as forças relativas entre os designs candidatos usando testes físicos antes de procederem à montagem completa dos pneus. 
 

2 – Teste de controle de ruído em segmentos de pneus

Os pneus, inclusive os NPTs, precisam ser seguros e duráveis, mas também estética e acusticamente agradáveis. Em suma, as pessoas não comprarão pneus feios e não vão continuar comprando pneus barulhentos. Depois de desenvolverem a matriz de apoio do NPT, os designers do estúdio de design da Hankook foram capazes de desenvolver designs de bandas de rodagem parciais e em escala usando os materiais elastoméricos da Figure 4 RUBBER-65A BLK. 

“Usando esses materiais e peças parciais, podemos avaliar a peça com relação a ruído e segurança”, afirmou a Sra. Youn. “O sistema de teste flui ar ou água para o canal ou sulco, [e] medimos o ruído para entender se a estrutura está correta ou não”. Ela acrescentou que, no futuro, a construção dessas bandas de rodagem com o material translúcido da Figure 4 tornará o processo ainda mais fácil, permitindo que os engenheiros vejam como o fluido percorre as ranhuras da banda de rodagem, uma parte essencial da segurança dos pneus em condições climáticas adversas.

Além disso, a impressão das bandas de rodagem dos pneus facilita para os engenheiros de fabricação avaliarem novos NPTs com relação à estabilidade, ao potencial de rachaduras e à menor confiabilidade.  
 

Um close-up de um pneu da Hankook

O design do NPT da Hankook inclui componentes plásticos para suporte interno, materiais de borracha para banda de rodagem de pneus e componentes metálicos para aro e suporte de pneus. Todos os três elementos são mostrados aqui.

3 - Peças móveis em pneus do tipo novo conceito

A capacidade da fabricação de aditivo para desenvolver formas complexas também permitiu aos designers da Hankook desenvolver ranhuras e estruturas internas que ajudam a conectar os três elementos primários dos pneus: banda de rodagem, matrizes de apoio do NPT e componentes móveis de aros termoplásticos. Os componentes termoplásticos foram fabricados pela CP Tech, utilizando a tecnologia de SLS da 3D Systems. Isso foi uma novidade para a Hankook, pois os pneus tradicionais não consistem em partes móveis.  

“Uma das principais razões pelas quais escolhemos a 3D Systems em vez da concorrência é que sua seleção de materiais é muito ampla”, disse Rosa Youn, gerente do estúdio de inovação em design da Hankook Tires. “Ela cobre todas as necessidades materiais que temos. Além disso, a Figure 4 é rápida. Economia de tempo, confiabilidade, serviço, melhor resolução de problemas, disponibilidade do sistema e preço razoável foram nossos principais fatores de decisão. Acreditamos no valor da Figure 4 da 3D Systems. Para mim é um dos melhores sistemas de fabricação de aditivo do mundo”.
 

4 - Protótipos visuais padrão de perfis de pneus

O estúdio de design da Hankook já expandiu o uso da plataforma da Figure 4, usando-a para desenvolver as tradicionais marcas e perfis de pneus para testes. Isso permite iterações mais rápidas de todos os novos designs de produtos, não só os revolucionários, mas também os evolucionários.

um close-up de um pneu da hankook mostrando as texturas na banda de rodagem

Além de ajudar o Centro de Design da Hankook a desenvolver e testar rapidamente os projetos de pneus NPT, a empresa também pode usá-la para avaliar rapidamente novos designs de banda de rodagem com relação ao ruído na estrada e outros fatores essenciais, reduzindo o tempo de comercialização e os custos para todos os novos designs de pneus na Hankook.

Centro de Design da Hankook mostrando as fileiras de impressoras Figure 4

Laboratório de fabricação de aditivo no Centro de Design da Hankook com sua frota de impressoras autônomas Figure 4 que permitem que a empresa acelere a inovação com peças em mãos em minutos e horas.

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Os resultados:

Iterações mais rápidas de um pneu não pneumático (NPT) com várias peças, totalmente novo e inovador, capaz de passar por testes reais de ruído e suporte.

  • Iterações mais rápidas

    Dias entre as iterações, em vez de semanas ou meses

  • Designers livres das limitações da usinagem tradicional

    As matrizes de suporte teriam sido praticamente impossíveis para os sistemas tradicionais de usinagem

  • Confirmação rápida da estrutura

    Permite verificar de maneira eficaz a complexa estrutura de raios sem ar que não pode ser produzida no método clássico de fabricação. 

  • Maior seleção de materiais

    A capacidade de usar a fabricação de aditivo para desenvolver suportes de plástico duro, bandas de rodagem de borracha macia e peças termoplásticas móveis convenceu os designers de que as soluções da 3D Systems são ideais para solucionar seu amplo escopo de desafios de aplicação.  

  • Suporte inigualável

    Do treinamento à orientação de design em tempo real, a 3D Systems e seus parceiros conseguiram manter a programação desafiadora do estúdio de design da Hankook no caminho certo para sua premiada plataforma de mobilidade autônoma HPS-Cell.