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 solo seis piezas delgadas de acero inoxidable curvo. 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. 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 compañía hace que esto suceda con un método único de formación de piezas. Los componentes comienzan como espacios en blanco muy delgados. Dispuestos y formados de la forma en que 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 unas 50 veces más fuerte que ciertos chasis tubulares.

Las formas no tienen ángulos de curvatura tradicionales ni radios formados por golpes, que podrían haberse creado en una prensa 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 creado con un troquel de estampado muy costoso y dedicado (aunque las geometrías complejas pueden presentar algunos desafíos). En este caso, sin embargo, no hay troquel de estampado ni herramienta dedicada de ningún tipo.

Tue Beijer, cofundador y director de tecnología de Stilride, dijo que la idea de un nuevo proceso de formación de chapa surgió de uno de los procesos de diseño más antiguos del planeta: el origami. Dobla el papel grueso de cierta manera y sentirás cómo ciertos pliegues hacen que un diseño sea más rígido. "Cuando diseña curvas en sus formas, necesita menos operaciones [para crear la pieza]. Y desde un aspecto de diseño, la forma curva crea fuerza. La forma se entrelaza".

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

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

El diseño de la scooter de Stilride parece sacado del estudio de un artista del metal, y si realmente lo hubiera sido, sería una curiosidad pero no mucho más; el diseño puede ser fuerte y elegante, pero no se puede fabricar 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 iteración de lo que la compañía llama el método de formación de chapa Stilfold. "Doblar o manipular una de las superficies, ya sea cóncava o convexa, afectará a la otra superficie", dijo Beijer. "Bloquear un sistema de superficies curvas y plegadas, [casi] como una viga, creará una estructura fuerte".

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

En un comunicado enviado por correo electrónico, la compañía describió el proceso de esta manera: "Primero, los diseñadores usan el software Stilfold para simular el plegado y el desplegado de la estructura deseada a partir de una hoja de metal, para que puedan crear pautas de plegado y programar los brazos robóticos para realizar el plegado". proceso. Durante el proceso de plegado, las láminas de acero se alimentan una por una a través de una celda robótica. Los brazos robóticos con accesorios especiales doblan cada pieza sobre curvas para crear la estructura deseada".

El proceso Stilfold curva la hoja de metal de una manera que limita la cantidad de piezas que requiere un ensamblaje, aumentando la resistencia al mismo tiempo.

"Stilride ha desarrollado el proceso Stilfold. Hemos ayudado principalmente con nuestra competencia central 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 tiene un complemento completo de tecnologías de corte, doblado y soldadura de chapa, 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]", declaró Norlén en un correo electrónico. "[El proceso] permite formas y formas complejas... y junto con Stilride, estamos explorando sus límites en términos de grosor, grado y límite elástico del material".

Beijer agregó que la soldadura a veces ocurre después del plegado, pero otras veces ocurre antes del plegado. "Algunas partes se sueldan cuando aún están planas, luego se doblan en la forma final".

El proceso ha recorrido un largo camino en los últimos dos años. Los fundadores comenzaron con el estilo origami utilizando papel de cartón, algo que sigue siendo fundamental para el proceso de diseño de la empresa. Incluso hoy, el software de diseño aumenta el prototipo de papel, pero no lo reemplaza.

"Estos prototipos nos ayudan a trazar el proceso de plegado de curvas de manera económica y efectiva", dijo Beijer, "antes de probar [el diseño] en láminas de metal mucho más costosas".

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

Luego vino el trabajo sobre el propio proceso Stilfold. 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 pliega en una línea de plegado), lo que tiene en cuenta la variabilidad del proceso, como la recuperación elástica. La compañía también está considerando ciertas tecnologías que brindarían monitoreo durante el proceso para garantizar que el metal se forme según lo previsto. Al mismo tiempo, los últimos diseños de chasis utilizan técnicas de autofijación de lengüeta y ranura y 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 la soldadura. De hecho, las últimas iteraciones del scooter tienen uniones soldadas con láser. Al mismo tiempo, la cantidad de uniones soldadas y los 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 se relacionan 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 fines de diciembre, Beijer levantó el chasis del scooter de acero inoxidable de una mesa cercana.

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

"Esto es acero inoxidable, por lo que no es el material más liviano", dijo, "pero todavía pesa solo 8,9 kilos [menos de 20 libras]". Agregó que el chasis de un scooter convencional podría pesar 120 lbs. y use una docena o más de diferentes tipos de materiales, incluyendo láminas de metal, caucho y plástico. Y sí, por pieza, el plástico puede ser menos costoso que la hoja de metal 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 costo de cada parte, los diseñadores buscan usar menos partes. Cuanto más fácilmente se puedan fabricar esas piezas, idealmente de proveedores cercanos, más resistente y ambientalmente sostenible puede 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 tiendas pequeñas realmente sostienen la economía", dijo Beijer.

Especialmente desde la pandemia, toda la cadena de suministro crea reservas de inventario para dar cuenta de 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 molinos y distribuidores locales, no en un molino o fábrica al otro lado del planeta.

El modelo de fabricación distribuida "puede ser una de las mejores cosas que 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 pueden producir cerca del cliente final".

Agregó que, bajo este modelo, se certificarían varios talleres personalizados equipados con la tecnología adecuada para realizar el proceso Stilfold. El acuerdo también podría simplificar la cadena de suministro e incluso eludir los aranceles y otras barreras comerciales. El diseño de productos y procesos ocurriría en Suecia, pero la fabricación ocurriría en el país de consumo.

Al 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 asoció con Stilride para producir un automóvil climáticamente neutral para 2030, sin compensación de carbono. Según un comunicado de prensa de Stilride, Stilride incorporará su experiencia en la formación de láminas de metal en el diseño de carrocería en blanco de Polestar.

Thomas Ingenlath, CEO de Polestar, agregó lo siguiente en un comunicado: "El potencial real de los autos eléctricos se cumplirá cuando nosotros, como industria, podamos despedirnos no solo de las emisiones del tubo de escape, sino también de 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 puede estar en el material en sí, no en el valor agregado de los talleres de fabricación que cortan, doblan, sueldan y ensamblan los componentes.

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