El fabricante sueco de scooters curva la chapa teniendo en cuenta la sostenibilidad

Los fundadores de Stilride, Jonas Nyvang y Tue Beijer, junto al scooter eléctrico de la empresa. Todo el chasis consta de sólo seis finas piezas de acero inoxidable curvado. Imágenes: Stilride

Mire de cerca el chasis de acero inoxidable de un prototipo de scooter eléctrico de Stilride, una startup sueca, y verá un diseño elegante que comprende solo un puñado de componentes de chapa metálica. Los diseños de chasis tradicionales incorporan docenas de piezas de chapa, mecanizadas y de plástico. Al momento de escribir este artículo, Stilride está usando solo nueve.

La empresa hace que esto suceda con un método único de formación de piezas. Los componentes comienzan como espacios en blanco muy delgados. Dispuestas y formadas como están, esas nueve piezas de chapa terminan siendo muchas veces más fuertes que el chasis de un scooter típico, según la compañía, y agrega que el diseño es aproximadamente 50 veces más fuerte que ciertos chasis tubulares.

Los formularios no tienen ángulos de curvatura tradicionales ni siquiera radios formados por protuberancias, que podrían haberse creado en una plegadora, una dobladora de paneles o una máquina plegadora. En cambio, comprenden curvas complejas que crean una combinación de superficies convexas y cóncavas, el tipo de forma que tal vez podría haberse logrado con un troquel de estampado muy costoso y dedicado (aunque las geometrías complejas pueden presentar algunos desafíos). En este caso, sin embargo, no existe ningún troquel de estampado ni herramienta específica de ningún tipo.

Tue Beijer, cofundador y director de tecnología de Stilride, dijo que la idea de un nuevo proceso de conformado de láminas de metal surgió de uno de los procesos de diseño más antiguos del planeta: el origami. Dobla papel grueso de cierta manera y sentirás cómo ciertos pliegues hacen que un diseño sea más rígido. “Cuando diseñas curvas en tus formas, necesitas menos operaciones [para crear la pieza]. Y desde el punto de vista del diseño, la forma curva crea fuerza. La forma se entrelaza”.

Una pieza de chapa formada puede ser extraordinariamente fuerte, elegante y eficiente, pero ¿se puede fabricar a escala? Según Beijer, Stilride ha encontrado la manera.

"Cuando doblas una curva", dijo, "las cosas empiezan a suceder".

El diseño del scooter de Stilride parece salido del estudio de un artista del metal, y si realmente así fuera, sería una curiosidad pero no mucho más; El diseño podría ser fuerte y elegante, pero no podría fabricarse a escala.

Beijer y su amigo y cofundador de la empresa, Jonas Nyvang, tienen planes diferentes. En el otoño de 2022, la empresa supervisó la implementación de una celda automatizada única en la que las láminas de acero se alimentan a robots con pinzas especiales que forman cada pieza sobre curvas. El movimiento del robot determina la geometría final. Esta es la última versión de lo que la empresa llama método de conformado de chapa metálica Stilfold. "Doblar o manipular una de las superficies, ya sea cóncava o convexa, afectará a la otra superficie", dijo Beijer. "Por lo tanto, bloquear un sistema de superficies curvas y plegadas, [casi] como una viga, creará una estructura fuerte".

La formación se realiza en una célula robótica (debido a las patentes pendientes, la empresa no pudo revelar más detalles del sistema). La complejidad surge en el software: el despliegue de la forma formada para crear el tamaño deseado en blanco para el corte por láser y la programación que indica al robot exactamente cómo moverse para crear la forma curva de manera repetible.

En un comunicado enviado por correo electrónico, la empresa describió el proceso de esta manera: “Primero, los diseñadores utilizan el software Stilfold para simular el plegado y despliegue de la estructura deseada a partir de una hoja de metal, de modo que puedan crear pautas de plegado y programar los brazos robóticos para llevar a cabo el plegado. proceso. Durante el proceso de plegado, las láminas de acero se alimentan una a una a través de una celda robótica. Brazos robóticos con accesorios especiales pliegan cada pieza sobre curvas para crear la estructura deseada”.

El proceso Stilfold curva la chapa de una manera que limita el número de piezas que requiere un conjunto, aumentando al mismo tiempo la resistencia.

“Stilride ha desarrollado el proceso Stilfold. Principalmente hemos ayudado con nuestra competencia principal en torno a la producción y la fabricación de acero”.

Ese fue Mikael Norlén, director ejecutivo de Brantheim, un fabricante personalizado en Tyresö, Suecia, que comenzó a trabajar con Stilride mientras participaba en un proyecto de investigación financiado por la Asociación Sueca del Acero y la Agencia Sueca de Innovación. El fabricante cuenta con un complemento completo de tecnologías de corte, doblado y soldadura de chapa metálica, incluida la soldadura láser robótica.

“Stilride ha probado [su método de formación de curvas] en láminas de varios tamaños, y lo hemos probado en placas de metal de 0,5 a 3 mm [de espesor]”, afirmó Norlén en un correo electrónico. "[El proceso] permite formas y formas complejas... y junto con Stilride, estamos explorando sus límites en términos de espesor, calidad y límite elástico del material".

Beijer añadió que la soldadura a veces ocurre después del plegado, pero otras veces ocurre antes del plegado. "Algunas piezas se sueldan cuando aún están planas y luego se pliegan hasta darles la forma final".

El proceso ha avanzado mucho en los últimos dos años. Los fundadores comenzaron a utilizar papel de cartón al estilo origami, algo que sigue siendo fundamental para el proceso de diseño de la empresa. Incluso hoy en día, el software de diseño amplía el prototipo en papel, pero no lo reemplaza.

"Estos prototipos nos ayudan a trazar el proceso de plegado curvo de forma económica y eficaz", dijo Beijer, "antes de probar [el diseño] en láminas de metal mucho más caras".

Una vez que los prototipos del chasis del scooter pasaron a la chapa de metal, los diseñadores utilizaron espacios en blanco cortados con láser con líneas de plegado perforadas, para doblarlos a mano. Una sucesión de líneas dobladas en múltiples direcciones pretendía emular la estructura curva final, de nuevo, muy parecida al origami.

Luego vino el trabajo en el proceso Stilfold en sí. Según Beijer, la configuración robótica es única, pero también algo simple. El núcleo de la formación de curvas reside en el software que pliega y despliega (o curva y descurva, ya que la lámina de metal no se dobla en una línea de plegado), teniendo en cuenta la variabilidad del proceso como el retorno elástico. La compañía también está considerando ciertas tecnologías que proporcionarían monitoreo durante el proceso para garantizar que el metal se forme según lo previsto. Al mismo tiempo, los últimos diseños de chasis utilizan lengüetas y ranuras y técnicas de autofijación similares.

La formación de curvas “dobla” el metal en múltiples direcciones, por lo que los bordes coincidentes también se curvan. Aún así, los diseños de autofijación ayudan a producir ajustes ajustados para soldar. De hecho, las últimas versiones del scooter tienen uniones soldadas con láser. Al mismo tiempo, la cantidad de uniones soldadas y pasos de ensamblaje en general han disminuido con cada iteración del chasis. El primer prototipo tenía más de 15 piezas de chapa; hoy se ha reducido a media docena.

Los fundadores lanzaron Stilride a principios de 2020 con varios objetivos en mente y todos están relacionados con la sostenibilidad ambiental. En primer lugar, querían diseñar y fabricar un patinete eléctrico con un diseño novedoso, sencillo y ligero. Durante una llamada de Zoom a finales de diciembre, Beijer levantó el chasis de acero inoxidable del scooter de una mesa cercana.

Stilride se basa en papel cartón, maquetas estilo origami. El software de diseño complementa y aumenta, pero no reemplaza, la creación de prototipos estilo origami.

"Esto es acero inoxidable, por lo que no es el material más liviano", dijo, "pero aun así pesa sólo 8,9 kilos [menos de 20 libras]". Añadió que el chasis de un scooter convencional podría pesar 120 libras. y utilizar una docena o más de tipos diferentes de materiales, incluidos láminas de metal, caucho y plástico. Y sí, por pieza, el plástico puede ser menos costoso que la chapa y tal vez ayude a reducir el peso de algunos productos, pero ¿a qué precio? Cualquier producto que utilice una gran cantidad de piezas y materiales diferentes requerirá una cadena de suministro más larga y, por lo general, más complicada que puede ser perjudicial para el medio ambiente y, como demostró la pandemia, muy costosa para las empresas.

Stilride ha adoptado un enfoque diferente. En lugar de esforzarse por reducir el coste de cada pieza, los diseñadores pretenden utilizar menos piezas. Cuanto más fácilmente se puedan fabricar esas piezas, idealmente a partir de proveedores cercanos, más resiliente y ambientalmente sostenible podrá ser la cadena de suministro.

Esto encaja con el segundo objetivo de los fundadores: crear un proceso que pueda ampliarse utilizando un modelo de fabricación distribuido y descentralizado.

"Las pequeñas tiendas realmente sostienen la economía", dijo Beijer.

Especialmente desde la pandemia, toda la cadena de suministro crea reservas de inventario para tener en cuenta las incertidumbres, como ciertas piezas que solo se pueden obtener de ciertos proveedores. Incluso Stilride no ha sido inmune a la interrupción de la cadena de suministro, especialmente para los componentes dentro del chasis del scooter. Pero este no ha sido el caso de la chapa. Los precios de los materiales han variado, por supuesto, pero el material está disponible en fábricas y distribuidores locales, no en una fábrica o fábrica al otro lado del planeta.

El modelo de fabricación distribuida "puede ser una de las cosas que más contribuyen a una baja huella de carbono", dijo Beijer. “En lugar de construir una megafábrica y producir todo en China, queremos potenciar los pequeños talleres que ya existen. Simplemente podemos enviarles el código [Stilfold] y podrán producir cerca del cliente final”.

Agregó que, bajo este modelo, varias fábricas personalizadas equipadas con la tecnología adecuada estarían certificadas para realizar el proceso Stilfold. El acuerdo también podría simplificar la cadena de suministro e incluso eludir aranceles y otras barreras comerciales. El diseño de productos y procesos se produciría en Suecia, pero la fabricación se realizaría en el país de consumo.

En el momento de escribir este artículo, el scooter eléctrico de la compañía está esperando la aprobación regulatoria en la UE y los fundadores esperan comenzar a enviar productos este año. Al mismo tiempo, otros fabricantes de equipos originales han expresado interés en el proceso Stilfold, incluido el fabricante de vehículos eléctricos Polestar, que se ha asociado con Stilride para producir un automóvil climáticamente neutro para 2030, sin compensación de carbono. Según un comunicado de prensa de Stilride, Stilride incorporará su experiencia en conformado de chapa metálica al diseño de carrocería en blanco de Polestar.

Thomas Ingenlath, director ejecutivo de Polestar, añadió lo siguiente en un comunicado: “El verdadero potencial de los coches eléctricos se alcanzará cuando nosotros, como industria, podamos decir adiós no sólo a las emisiones del tubo de escape, sino también a las emisiones relacionadas con la producción”.

Además de las implicaciones ambientales, el plegado de curvas podría ayudar a los fabricantes a agregar aún más valor del que ya tienen. Considere un conjunto con numerosas piezas de diferentes materiales. La mayor parte del costo podría estar en el material en sí, no en el valor agregado de los talleres fabulosos que cortan, doblan, soldan y ensamblan componentes.

Cuando los diseños de productos evolucionan, gracias a la forma en que se forma (o curva) la chapa metálica, menos piezas hacen el trabajo de muchas. En este punto, la ecuación cambia. El material podría ser más caro, pero como la cantidad utilizada disminuye, también lo hace su costo. Al mismo tiempo, los fabricantes de valor se disparan. Los fundadores de Stilride tienen grandes sueños, y si esos sueños se hacen realidad, menos realmente significará más.