Jak powstał kajak Caribou Antia? Anatomia procesu projektowego.
Caribou Antia to kolejna generacja kajaków sit-on-top o unikalnej charakterystyce. Jego oficjalna premiera odbyła się na The Paddle Sport Show 2023 we Francji.
Finalny wygląd kajaka Caribou Antia
Technologia produkcyjna wykorzystana w procesie projektowania kajaka Caribou Antia
Kajak został zaprojektowany z uwzględnieniem technologii rotomouldingu, znanej również jako rotacyjne formowanie. Jest to proces produkcyjny, który umożliwia tworzenie trójwymiarowych obiektów o skomplikowanych kształtach i dużych rozmiarach. W ramach tego procesu, polimer w postaci granulatu jest umieszczany w formie, która następnie jest podgrzewana aż do momentu kiedy tworzywo zacznie płynąć, a następnie forma ta obraca się w trzech płaszczyznach wokół dwóch osi równoległych. W wyniku tego ruchu, polimer pokrywa wewnętrzną powierzchnię formy, tworząc jednolitą strukturę. Technologia ta jest szeroko stosowana w produkcji różnorodnych produktów, począwszy od złożonych kształtów przemysłowych po artykuły konsumenckie, ze względu na swoją zdolność do efektywnego i precyzyjnego formowania dużych i trudno dostępnych części.
Podczas tworzenia każdego produktu ważne jest uwzględnienie wielu czynników, takich jak jego praktyczne zastosowanie, funkcjonalność, łatwość produkcji, wizerunek oraz aspekty ekonomiczne. Proporcje tych elementów w kształtowaniu ostatecznej formy produktu są zmienną, zależną od wielu czynników, takich jak branża, grupa docelowa, warunki użytkowania, przepisy prawne, pozycjonowanie na rynku, dostęp do technologii i budżet.
Przykładowo:
– Przy projektowaniu produktu medycznego głównym wyznacznikiem są normy i wymagania certyfikacji, co wpływa na wybór materiałów oraz uwzględnienie aspektów ergonomicznych i funkcjonalnych.
– W przypadku projektowania nowej linii mebli do salonu, możliwości są znacznie większe, a aspekty stylistyczne i użytkowe mają większe znaczenie w ostatecznym kształcie produktu.
Podczas projektowania Antii, głównym kryterium było zwiększenie stabilności i wyporności łodzi przy możliwościach technologii formowania rotacyjnego, co narzuciło szereg uwarunkowań. Bryła kajaka miała być monolityczna i spełniać wymagania dwudzielnej formy, przy założeniu gabarytów (3-osobowy kajak) i typu kajaka (sit-on-top). Ten ostatni charakteryzuje się zamkniętą bryłą, umożliwiającą siedzenie na kajaku zamiast wewnątrz. To rozwiązanie zapewnia większą swobodę ruchu, łatwiejsze wsiadanie/wysiadanie, większą ładowność i efektywne odprowadzanie wody z pokładu.
W związku z umiejscowieniem środka ciężkości wyżej niż w klasycznych kajakach, konieczne jest dostosowanie spodniej geometrii dla większej stabilności. Te bazowe założenia określają ramy projektu, w obrębie których skupiamy się na:
– Technologii produkcji (rotacyjne formowanie)
– Aspektach użytkowych (sit on top, 3 osoby)
– Aspektach funkcjonalnych (transport i składowanie, luki bagażowe, nastawne siedzenia, mocowanie akcesoriów)
– Aspektach wizerunkowych (smukła sylwetka, nowoczesna atrakcyjna stylistyka)
– Aspektach ekonomicznych (cena dopasowana do określonego segmentu rynkowego, odpowiednia marżowość)
Warto zauważyć, że aspekt ekonomiczny już na początku projektu jest w pewnym stopniu zdefiniowany przez wybór technologii produkcji, co ułatwia wstępne oszacowanie kosztów wdrożenia.
Mając określone fundamenty projektu i hierarchię priorytetów, przystępujemy do opracowania spersonalizowanego planu działań, skrojonego na miarę naszych założeń. Pierwszym krokiem jest stworzenie nowej geometrii dna, przy czym kształt pokładu jest projektowany z uwzględnieniem wybranej geometrii dna.
W dotychczasowym zastosowaniu typu sit-on-top, przeważnie stosowanym w kajakach dla wędkarzy, główny nacisk kładziono na stabilność, co wynikało ze statycznego charakteru takiej aktywności. W przypadku Antii, która miała spełniać rolę zarówno kajaka wędkarskiego, jak i turystycznego do spływów rzeką, konieczne było uwzględnienie zarówno stabilności, jak i poprawy szybkości i zwrotności.
Przeprowadzając obserwacje, testując różne kajaki dostępne na rynku oraz korzystając z wiedzy doświadczonych kajakarzy i szkutników, sformułowaliśmy hipotezy i poszukiwaliśmy rozwiązań, które zagwarantują optymalny balans między stabilnością a zwinnością. Celem było stworzenie kajaka, który sprosta różnorodnym oczekiwaniom, zarówno podczas spokojnego wędkowania, jak i dynamicznych spływów rzeką.
Koncepcje CAD trzech różnych wersji nautyki podgląd z programu Rhinoceros
Ostatecznie spośród puli szkicowych modeli wyselekcjonowaliśmy trzy różne geometrie dna, z których każda oferuje unikalne właściwości nautyczne. Te różnice wynikają głównie z poprzecznego przekroju kadłuba. W skrócie, im bardziej przekrój zbliża się do prostokąta, tym kajak jest bardziej stabilny, ale mniej zwrotny. Z kolei im bardziej przekrój przypomina okrąg, tym kajak jest mniej stabilny, ale bardziej zwrotny. Oferujemy więc różne opcje, aby kajakarze mogli dopasować swoje doświadczenia na wodzie do swoich preferencji, zależnie od tego, czy zależy im bardziej na stabilności czy zwrotności.
Przekroje geometrii trzech koncepcji nautyk
Modele kadłubów w skali 1:10 zostały wydrukowane przy użyciu technologii druku 3D i przetestowane na wodzie. W przypadku dostępności odpowiednich środków, możliwe jest także przeprowadzenie testów wirtualnych za pomocą specjalistycznego oprogramowania, które symuluje zachowanie obiektów o różnych właściwościach fizycznych w określonych warunkach i pod wpływem konkretnych sił. Tego rodzaju symulacje umożliwiają bardziej szczegółową analizę, choć zazwyczaj wiążą się z wyższymi kosztami. Badania te mają kluczową wagę w przypadku projektowania łodzi sportowych. Ostateczna decyzja dotycząca sposobu weryfikacji rozwiązań zależy od stopnia złożoności projektu i poziomu szczegółowej analizy, jakiej potrzebujemy.
W przypadku Antii, testy makiet w skali okazały się wystarczające do jednoznacznego wyboru, co pozwoliło nam efektywnie zdecydować o dalszych kierunkach projektowych, biorąc pod uwagę ograniczenia budżetowe.
* Prototypowanie
W 2s.design dysponujemy zapleczem drukarek 3D, które umożliwiają nam natychmiastową weryfikację geometrii i funkcjonalności tworzonych przez nas produktów. Dzięki temu jesteśmy w stanie szybko dostosować i zoptymalizować projekty, dbając o najwyższą jakość dostarczanego przez nas designu.
Wydruki 3D, na których zostały przeprowadzone pierwsze testy na wodzie
Przygotowanie nowego produktu wzorniczego do produkcji seryjnej
Po ustaleniu geometrii dna, przystąpiliśmy do opracowania projektu pokładu dla Antii. Zgodnie z głównymi założeniami, kajak miał pomieścić trzy dorosłe osoby, oferować odpowiednią przestrzeń ładunkową oraz dodatkowe funkcje, takie jak półka na telefon, uchwyt na butelkę wody czy punkty montażowe na różne akcesoria przydatne dla wędkarzy i kajakarzy (takie jak uchwyty na wędki, kamerę, GPS itp.). Ponadto, z myślą o przechowywaniu i transporcie, geometria pokładu została zaprojektowana tak, aby umożliwiać składowanie kilku kajaków jeden na drugim (logistyka i łatwość czyszczenia jest dużą bolączką kajaków używanych w wypożyczalniach).
Szkic koncepcyjny
Kajaki wykonane w technologii rotoformowania często borykają się z problemem utrzymania sztywności kadłuba, czego nie doświadczają kajaki z laminatów. Plastikowa skorupa, zwłaszcza w wyższych temperaturach, może ulegać odkształceniom, negatywnie wpływając nie tylko na wygląd, ale przede wszystkim na właściwości nautyczne. W celu zapobieżenia temu zjawisku, podczas projektowania należy uwzględnić przetłoczenia, wypukłe powierzchnie i inne zabiegi geometryczne, które zwiększają sztywność konstrukcji w kluczowych obszarach.
Biuro projektowe 2s.design specjalizuje się w dziedzinie wzornictwa przemysłowego, wprowadzamy innowacyjne podejście do transformacji pomysłów w rzeczywistość.
Kadłub Antii, mający ponad 5 metrów długości z uwagi na założoną ładowność, stanowił wyzwanie pod względem przesztywnienia konstrukcji. Zastosowanie aluminiowych profili montowanych w pokładzie okazało się skutecznym rozwiązaniem. Nie tylko efektywnie usztywniają całą strukturę, ale również pełnią funkcję uniwersalnych szyn montażowych. Na tych szynach można mocować siedziska z płynną regulacją, uchwyty na akcesoria i pasy transportowe. Dodatkowo, chronią krawędzie pokładu podczas składowania kajaków na stojakach i mogą być łatwo wymienione w przypadku uszkodzenia. To rozwiązanie wprowadza wielowymiarową korzyść, łącząc funkcję usztywnienia konstrukcji z praktycznymi możliwościami montażu i ochrony.
Przekrój kajaka Caribou Antia
Biorąc pod uwagę wszystkie kluczowe założenia projektowe oraz mając pełną świadomość wynikających z nich ograniczeń i możliwości, przystąpiliśmy do modelowania wstępnej geometrii pokładu. Ten etap ma na celu stworzenie modelu, który posłuży do wykonania makiety w skali 1:1 i przeprowadzenia niezbędnych testów. W trakcie tego procesu projektowego uwzględniamy już podstawowe linie, które definiują kształt i stylistykę pokładu. W przypadku Antii, te linie odnoszą się do krawędzi burt oraz kształtu pokryw przestrzeni bagażowych.
Linie charakteryzujące odbiór produktu
Dbanie o harmonijną kompozycję tych kluczowych kształtów jest niezwykle istotne, ponieważ od nich bezpośrednio zależy cała struktura i stylizacja. Wszystkie pozostałe detale i elementy stylistyczne są wprost powiązane z tymi podstawowymi formami. Zbadanie szerokiego spektrum możliwości i wybranie optymalnej geometrii na tym etapie przyspieszy późniejsze prace projektowe i pozwoli uniknąć czasochłonnych i kosztownych korekt.
Wydruk 3D w skali 1:18 do wstępnej weryfikacji geometrii
Testy projektu i prototypowanie w skali 1:1
Makieta wykonana ze styropianu za pomocą pięcioosiowej frezarki CNC precyzyjnie odwzorowuje wszystkie zaprojektowane kształty, co umożliwia dokładne przetestowanie opracowanych rozwiązań. Dzięki tej makiecie możemy nie tylko lepiej zrozumieć i ocenić aspekty estetyczne, ale także praktycznie sprawdzić, czy przyjęte funkcjonalne założenia są skuteczne, czy wymagają pewnych modyfikacji. Jest to swoiste sprawdzenie „na własnej skórze” efektywności projektu.
Film przedstawiający frezowanie prototypu w skali 1:1
Mimo trudnych warunków pogodowych, udało się zwodować makietę i przetestować jej właściwości nautyczne oraz ergonomię pokładu. Dodatkowo, przeprowadziliśmy testy z udziałem grupy niepełnosprawnych sportowców, aby ocenić potencjalne zastosowanie kajaka przez osoby z ograniczeniami ruchowymi.
Testy prototypu wyfrezowanego w styropianie na wodzie
Testy potwierdziły, że zaprojektowana bryła działa zgodnie z założeniami, wymagała jedynie niewielkich modyfikacji kształtu dna (minimalne zwiększenie stabilności) oraz proporcji elementów pokładu (zmiana położenia środka ciężkości przy usadzeniu 3 osób). Dodatkowo, testy z udziałem osób niepełnosprawnych wykazały, że proponowana konstrukcja znacznie lepiej spełnia ich potrzeby w porównaniu do klasycznych rozwiązań. Wysoka stabilność, duża płaska przestrzeń na pokładzie oraz niskie burty znacznie ułatwiają proces wsiadania i wysiadania, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo i komfort użytkowania.
Ostateczny design
Bazując na wnioskach z przeprowadzonych testów, przystąpiliśmy do modelowania szczegółowej geometrii Antii. W toku tego procesu skupiamy się na opracowywaniu wszystkich detali, takich jak precyzyjny kształt i rozmieszczenie kieszeni i uchwytów, rowki odprowadzające wodę, kształty i położenie mat antypoślizgowych, rozmieszczenie gwintowanych insertów, system uszczelnienia i zamykania luków bagażowych, a także konstrukcja siedzisk i inne elementy.
Nasza praca koncentruje się na rafinowaniu i rozbudowie modelu CAD o coraz bardziej złożone i drobne detale, przy uwzględnieniu wzajemnych zależności oraz spełniania wymagań aspektów użytkowych, ekonomicznych, technologicznych i stylistycznych.
Finalny model CAD gotowego produktu
Z posiadaniem kompletnego, przebadanego pod kątem rozformowania modelu CAD, który uwzględnia promienie zaokrągleń dostosowane do narzędzi frezujących oraz poprawność i ciągłość powierzchni, przystępujemy do przygotowań do produkcji.
Narzędzia do technologii rotoformowania są wykonywane z dużych odlewów aluminiowych, poddawanych następnie obróbce CNC, aby uzyskać powierzchnie o odpowiednim stopniu wykończenia. Formy muszą być wyposażone w dostosowany stelaż, umożliwiający ich zawieszenie w piecu, a także posiadają szereg gniazd i otworów technologicznych.
Formy do produkcji kajaka Antia zaprojektowane przez 2s.design
Zgodnie z wytycznymi od klienta oraz wymaganiami maszyny produkcyjnej, przystępujemy do projektowania geometrii formy, która zostanie wykonana przez zewnętrznego wykonawcę.
Warto zaznaczyć, że produkcja form jest procesem czasochłonnym, głównie ze względu na obróbkę CNC, i zazwyczaj trwa od 2 do 4 miesięcy.
Forma do produkcji kajaków Caribou Antia przed osadzeniem jej w piecu
Końcowym etapem przygotowań kajaka do sprzedaży było wyposażenie go w akcesoria i opracowanie brandingu. Zaprojektowaliśmy wszystkie dodatkowe elementy, w tym maty pokładowe i siedzenia, aby kompletnie dostosować produkt do oczekiwań przyszłych zadowolonych klientów.