Accorciare il time-to-market grazie alla simulazione: il caso di studio di EXEPT
Progettare e Costruire in Compositi
8 Maggio 2020 - 15:00

Descrizione Webinar

EXEPT è riuscita a realizzare il sogno proibito di ogni ciclista: un telaio monoscocca in fibra di carbonio regolabile.

In questo incontro Alessandro Giusto, co-fondatore di EXEPT, ci spiegherà come è riuscito a concepire il design del telaio estremamente leggero e performante, passando dall’idea al prodotto omologato in pochi mesi, grazie alla simulazione al calcolatore.

introduzione

Buongiorno a tutti sono Francesco Palloni di SmartCAE voglio darvi il benvenuto a questo webinar della serie dedicata alla progettazione e realizzazione di manufatti in fibra di carbonio e oggi ospitiamo Alessandro Giusto di Exept, una startup innovativa che ha realizzato un formato nuovo di bicicletta in fibra di carbonio, monoscocca, regolabile. Molto rapidamente questa serie di webinar è costituita da tre appuntamenti, la settimana scorsa abbiamo ospitato Vins Motors che ci ha introdotto nel mondo della motocicletta e della loro 250 interamente realizzata in fibra di carbonio. Oggi Alessandro ci spiegherà i segreti della realizzazione di una bicicletta su misura e in particolare i benefici e vantaggi della propria tecnologia legata appunto all’uso del carbonio, ma soprattutto al fatto di realizzare un manufatto monoscocca. La prossima settimana ospiteremo i ragazzi della Formula SAE del team del Politecnico di Milano, Dynamis PRC, che ci spiegheranno come sono riusciti a vincere nelle competizioni della Formula SAE dello scorso anno anche grazie al supporto della simulazione dei laminati. Oggi come dicevamo parleremo prevalentemente di biciclette tenetevi comodi anche perché la presentazione di Alessandro, ho avuto la fortuna di vederla in anteprima, è molto completa e dettagliata e ci saranno sicuramente tanti spunti poi per gli approfondimenti. Due parole sui relatori, come dicevo io sono uno dei co-fondatori di SmartCAE mi occupo di attività di comunicazione e marketing anche se ho ancora diciamo le mani in pasta nell’utilizzo dei software di simulazione. Il nostro ospite di oggi è Alessandro.

Alessandro introduciti brevemente. Buongiorno a tutti e grazie di essere così tanti. Io sono un ingegnere meccanico e un ciclista appassionato. I tempi gloriosi da agonista sono quelli dell’università, gloriosi tra virgolette, ma la mia passione per la bici non è mai scemata e diciamo da tre anni che sono riuscito a coniugare professione e passione con questa avventura imprenditoriale.

Io ho alle spalle una carriera come responsabile di ufficio calcoli e simulazione di un’azienda automotive e sei anni come consulente di progettazione aeronautica.
Rapidamente la scaletta di oggi, siete veramente tanti partecipanti e molti di voi sono per noi dei nomi nuovi, per questo motivo ho preparato una breve presentazione di SmartCAE, chi siamo e cosa facciamo, che porterà via veramente pochi minuti, perché poi ci concentreremo sul caso di studio di Exept. Al termine avremo una sessione di domande e risposte.

[Francesco spiega come fare le domande]

Tra le altre cose Alessandro prima di cominciare mi ha informato che sulla macchina, sul computer che sta utilizzando per la presentazione ha installato anche i software e i modelli della bicicletta per cui se avete anche delle domande tecniche, un po’ più “spinte”, potrebbe essere possibile darvi una risposta anche facendo vedere in tempo reale un modello FEM o dei dati ingegneristici. Dopo di che avremo una conclusione, un riepilogo di quello che abbiamo visto e quelli che saranno i prossimi appuntamenti.

Chi è SmartCAE? SmartCAE è una società che opera dal 2002 nel settore dei software di simulazione nell’ambito meccanico. Ci occupiamo di attività di consulenza conto terzi, quindi facciamo simulazioni per aziende manifatturiere o studi professionali che non sono in grado di eseguire quel tipo di analisi, ma siamo anche dei rivenditori di software di simulazione ed è in particolare con questa doppia veste che è nato il rapporto con Exept. Exept è nostra cliente per certe tecnologie che utilizza autonomamente, ma negli anni ci siamo occupati a più riprese in alcuni contesti di supportarlo anche attraverso mentoring, attraverso l’assistenza tecnica.

Il nostro ufficio ha la sede a Firenze, siamo uno staff di dieci ingegneri calcolisti, abbiamo molte esperienze. In 18 anni di attività, quest’anno diventano maggiorenni, abbiamo svolto più di 1500 progetti per più di 200 clienti in Italia e nel mondo. Le nostre competenze spaziano dal calcolo strutturale agli elementi finiti generale in ambito meccanico, la simulazione termo fluidodinamica CFD, ma in particolare ci occupiamo di tutte le problematiche legate alla progettazione e anche realizzazione di strutture in materiali compositi. Per questo motivo il tema della serie a cui state partecipando. Quelle che sono le nostre soluzioni per i compositi, come abbiamo detto con Exept è nato un rapporto legato alla fornitura di tecnologia per quanto riguarda i compositi abbiamo strumenti per la modellazione agli elementi finiti, abbiamo soluzioni che aiutano sia dalla fase di progettazione fino a quella di realizzazione, la gestione dei dati e la produzione delle informazioni per la gestione appunto del progetto in composito e strumenti, questa è una novità degli ultimi mesi, una soluzione per l’ottimizzazione automatica delle laminazioni. Per dare un nome e cognome a tutti questi strumenti, per quanto riguarda la parte di modellazione FEM noi siamo partner di Siemens plm, anzi scusate adesso di Siemens Digital Industry software, per quanto riguarda i software Femap e Simcenter 3D, per quanto riguarda la parte di gestione dei dati del laminato siamo partner di Anaglyph per il software Laminate Tools, per quanto riguarda l’ottimizzazione siamo diventati recentemente partner di GRM Engineering che sviluppa il software OptiAssist che è un ambiente che permette di pilotare software di ottimizzazione, ad esempio Genesis o Simcenter 3D, per inseguire l’ottimizzazione del laminato in maniera automatica. Oggi in particolare nella presentazione di Alessandro avrete modo di vedere più nel dettaglio aspetti legati a Femap e a Laminate Tools. A questo punto posso passare la parola direttamente a Alessandro facendolo diventare relatore.

 

exept

Allora di che cosa andiamo a parlare oggi: delle fasi di progettazione del primo monoscocca su misura al mondo. Per chi è dell’ambiente sa di che cosa sto parlando. Le bici da strada attualmente sul mercato hanno subito in realtà un passo indietro rispetto a quello che offriva il mondo dei telaisti prima dell’avvento del carbonio. Un passo indietro dovuto al fatto che non è più possibile, non era più possibile, da un punto di vista meramente industriale, costruire telai su misura che potessero avere una redditività economica importante. Quindi il materiale utilizzato cioè la fibra di carbonio sicuramente un passo avanti tecnologico rispetto all’acciaio, all’alluminio e ad altri tentativi un po’ più esoterici come titanio o magnesio, ma induce delle riduzioni che sono alla base della nostra idea. Quindi in realtà noi abbiamo voluto recuperare in qualche misura quello che si poteva fare prima dell’avvento del carbonio. Questo sono io, ho già parlato brevemente del percorso professionale, ho voluto mettere questa foto, perché chi va in bicicletta sa cosa vuol dire la presa bassa. Allora la presa bassa, come vedete in questa foto che mi ritrae. Tra l’altro eravamo in salita, eravamo in cima al Mortirolo. Bene, alzarsi sui pedali e prendere il manubrio in presa bassa lo fai solo se la bici è assolutamente cucita su di te. Molto spesso non ci si arriva e quindi non ti viene neanche in mente di farlo.

Da dove nasce la nostra idea? Ogni innovazione deve nascere da una esigenza, altrimenti diventa solo un esercizio. L’esigenza è quella di riportare la libertà di progettazione ai produttori di bici, senza perdere però le performance, perché va detto che i telai su misura esistevano ma erano fasciati. Che cosa è un telaio fasciato? È un telaio che assembla dei tubi in carbonio, incollati di testa, bucati per renderli più estetici e poi fasciati. Il risultato è una struttura che non è performante come un monoscocca.

Qui ho voluto riportare alcuni esempi illustri per far vedere qual è la situazione attuale sul mercato e ho riportato in questo diagramma i proporzionamenti dei telai attualmente sul mercato, in termini di lunghezza di tubo
piantone e tubo orizzontale e tre esempi illustri di campioni immediatamente antecedenti all’evento del carbonio, le loro bici su misura non avrebbero potuto trovare una bici sul mercato adatta a loro. Indurain, per esempio avrebbe avuto un tubo orizzontale troppo lungo, Cunego anche e Pantani troppo corto. Quindi Indurain avrebbe avuto una pipa molto lunga, come Cunego e Pantani invece una pipa corta, andando in qualche modo a compromettere la guidabilità della bici. Questa è una panoramica del processo di adattamento nel caso dei telai bici stock, cioè di misura fissa che parte dalla bici e arriva al ciclista. Ovvero si parte acquistando la bici, si fa una sessione di bike fit, o di posizionamento, come viene detto in italiano, si definisce la posizione in sé dalla sella e del manubrio insieme al meccanico, ed eventualmente si sostituiscono la pipa, si aggiungono dei distanziali, si adatta la posizione della sella che può risultare scarrellata avanti e indietro. Questo può generare un’esperienza di guida alterata. Quello che invece Exept ha ideato è una sorta di rivoluzione tolemaica, cioè si parte dal ciclista per arrivare alla bici. La prima fase è la sessione di bike fit, che definisce la posizione corretta insieme al meccanico, dopodiché la pipa viene dimensionata alle braccia. Quindi un ciclista con le braccia lunghe avrà una pipa più lunga e viceversa braccia corte, pipa corta. Perché la guidabilità, la direzionalità è dovuta più agli angoli che alle lunghezze quindi bisogna mantenere una proporzione tra braccia e pipa. A questo punto il telaio e la forcella vengono progettati come elementi variabili, di geometria variabile, che uniscono dei punti nello spazio. Si definisce prima dove deve essere la sella, dove il manubrio e quanto deve essere lunga la pipa e il telaio va ad unire questi punti nello spazio. Soltanto adesso si procede all’acquisto. Il risultato quindi è un’esperienza di guida perfetta, perché è cucita sulle esigenze del ciclista. Qui ho riportato alcuni big fail diciamo delle bici stock, con gli adattamenti che stravolgono il mezzo: pipe negative o lunghissime, eccessivi fuorisella, utilizzo di distanziali che possono andare a vanificare la rigidezza stessa del telaio e rappresentare dei punti di dissipazione localizzati.

Cosa che a noi da ciclisti proprio non piaceva, soprattutto quando si va a spendere dei bei soldini per queste bici, per lo più fatte a Taiwan, tra l’altro.

Bisogna sapere che i telai stock sono progettati sulle proporzioni medie nel corpo umano, perché devono andare ad accontentare il maggior numero di ciclisti, ma in realtà ciascuno di noi ha le sue specificità sia in termini di proporzioni, segmenti corporei possono essere di varie proporzioni e lunghezza, in combinazione statistica casuale, una diversa la flessibilità o una diversa percezione del confort e anche l’eventuale storia clinica o asimmetria. Quindi andiamo a vedere un attimo che cosa propongono i marchi blasonati che producono bici stock in taglie fisse. Ho riportato alcune misure che utilizziamo nelle seguenti slide. Che cos’è lo stack e che cos’è il reach? Importante dirlo, sono le coordinate della serie sterzo, rispetto al movimento centrale. Reach è la coordinata orizzontale, lo stack è la coordinata verticale. Tubo orizzontale virtuale e tubo piantone virtuale sono le lunghezze dei tubi senza considerare l’angolo di svilupping del top tube.

Qui ho riportato i proporzionamenti in termini di lunghezza e tubi e stack e reach di alcune marche top di gamma e come vedete i proporzionamenti vanno a popolare una banda molto stretta di questi diagrammi. Cosa vuol dire? Non vuol dire che ci sono copiati l’un l’altro. Vuol dire semplicemente che hanno tutti fatto riferimento alle proporzioni normotipiche si dice, le proporzioni medie delle persone. Ovviamente persone di bassa statura stanno il basso a sinistra in questo diagramma, persone di alta statura stanno in alto a destra. In realtà il voler accontentare il maggior numero di persone vuol dire scontentarne il meno possibile, guardandola dall’altro punto di vista.

A questo punto vorrei introdurre alcuni concetti, molto semplici, di statistica, che mi serviranno in seguito. Bisogna sapere che in natura qualsiasi quantità misurabile tende a seguire una distribuzione normale ovvero una curva di Gauss. Ne abbiamo viste diverse di curve di Gauss, soprattutto in questi tempi particolari. Bene qui ne ho riportate soltanto alcune che si trovano cercando in rete: il colesterolo nel sangue, il peso dei fagioli, l’altezza di uomini e donne. Il valore medio di queste quantità si trova al centro della campana, più la campana è ampia, più il dato che andiamo a caratterizzare statisticamente è disperso.

Ovviamente anche le proporzioni del ciclista mostrano questo tipo di comportamento statistico. Perché? Vi mostro questo veloce video, si chiama parola di Galton, a me ha colpito molto la prima volta che l’ho vista. Le palline cadendo vanno a ricreare naturalmente una curva di Gauss. Voi dovete pensare agli arti del ciclista come una serie di palline diciamo, che sono le cellule, che decidono il loro percorso di vita, moltiplicarsi, una volta, due volte, non moltiplicarci più ecc. Il risultato se andiamo a misurare gli arti di certo numero di persone è che la maggior parte degli arti avrà una proporzione al centro della gaussiana, normotipica, e in molti avranno proporzionamenti a destra o a sinistra. Troveremo poche persone con braccia corte o con braccia molto lunghe, lo stesso vale per gambe o per il tronco. Cosa abbiamo fatto noi per capire se c’era la necessità o meno di un telaio su misura, abbiamo misurato 100 ciclisti e per ognuna di queste proporzioni che vedete qui siamo andati a ricostruire le curve gaussiane, ricavando il valore medio delle proporzioni e la deviazione standard che sarebbe la larghezza di queste campane. A questo punto era possibile tramite un algoritmo antropometrico generare dei clienti virtuali, cioè ciclisti generati da questo algoritmo che però rispettassero le statistiche sperimentali. Dietro a questo c’è un lavoro analitico molto oneroso, calcoli carta e penna, che però è l’approccio che più piace a me a dire il vero. Qua riporto un’animazione con alcuni ciclisti virtuali e vedete che sono di varia altezza e di proporzioni diverse. Il telaio viene generato a valle delle proporzioni del ciclista, quindi generiamo ciclisti virtuali e da questi i telai virtuali su misura. Questo è il risultato della simulazione, ogni puntino è un telaio, ce ne sono 1000. Ho riportato la banda centrale che è quella che vi è mostrato prima, adesso siamo in grado di vedere quanti puntini rimangono fuori da questa banda, cioè quanti sono i ciclisti virtuali che non troverebbero una bici stock. Andando a contare circa uno su due cade fuori, questo vuol dire che solo uno su due potrebbe trovare una bici stock vicina, che soddisfa le sue proporzioni e la sua posizione corretta. Vero è che anche all’interno della banda ci sono ciclisti che non trovano la propria bici, perché avrebbero necessità per esempio di una taglia intermedia.

Detto questo, vediamo come abbiamo cercato di risolvere questo problema. Abbiamo ideato un brevetto, il brevetto non è un’idea mia il brevetto, ma del mio socio Alessio Rebagliati, che è stato l’iniziatore di questa di questa iniziativa imprenditoriale.

Brevetto, vi farò tra poco in che cosa consiste.

Il concetto alla base di questo brevetto è quello di risolvere quello che noi chiamiamo il problema della bici in carbonio. Cioè mettere insieme contemporaneamente la geometria custom, lo stile di guida e personalizzato e le altre performance. Prima del nostro brevetto era possibile prendere soltanto due di queste caratteristiche alla volta mai tutte e tre insieme.

Qui mostro una sezione di un nostro telaio che fa vedere la struttura monoscocca, cioè la struttura monolitica e continua. Se voi andate a sezionare una bici stock monoscocca vedrete questo tipo di struttura se invece andate a sezionare un fasciato vedrete proprio tre tubi interi in dati con del bianco che lo stucco e una fasciatura esterna.

Schematicamente, il telaio fasciato lo vedete rappresentato a destra. Vedete, abbiamo una struttura che non è continua e il carico che deve passare dal tubo alla fasciatura a un altro tubo. In questo percorso di carico si introducono anche delle flessibilità, delle perdite di rigidezza, che rendono il telaio meno performante. Nel nostro caso invece noi abbiamo, in realtà non abbiamo inventato nulla, abbiamo preso quello che viene fatto in aeronautica e viene chiamato co-moulding, co-stampaggio ovvero curare e laminare i manufatti in più fasi. Il risultato è una struttura che è fatta solo di materiale strutturale quindi fibra e resina.

Qui ho voluto riportare alcune immagini relative alla produzione.

Abbiamo la produzione dei chains stay e il nodo del bottom brachet e a sinistra invece potete vedere due dei telai che abbiamo usato per i test ISO, sono il più piccolo e il più grande possibile, prodotti entrambi con lo stesso set di stampi modulari.

Il fatto di utilizzare degli stampi modulari ci permette di sorpassare anche il concetto di modello in favore del concetto di piattaforma con diverse versioni. Il primo telaio che abbiamo lanciato sul mercato l’Allroad che ha due versioni: classica e integrata. Le differenze sono, le vedete nei cerchietti, sono delle feature di design che non stravolgono il telaio, ma lo caratterizzano, dando vita appunto a due versioni. Qui invece abbiamo la piattaforma aero che avremmo dovuto lanciare in questi mesi, se non ci fosse stato il coronavirus, adesso dobbiamo riorganizzarci. È pronta, stiamo preparando la pre serie, anche in questo caso una piattaforma in due versioni: triathlon e strada.

Ora passerei alla parte un pochino più, se volete pedante che è l’ingegneria di prodotto. Come abbiamo fatto. Quali sono state le fasi che abbiamo attraversato per arrivare a lanciare il prodotto sul mercato e soprattutto in quanto tempo l’abbiamo fatto. Che un po’ il plus dell’utilizzo di strumenti di simulazione. Allora, lo sviluppo si può dividere in cinque macro fasi, di cui poi vi farò vedere alcuni dettagli. Prima di cominciare una qualsiasi progettazione bisogna guardare cosa fanno gli altri, quindi l’analisi della concorrenza. Nel nostro caso siamo andati a vedere peso e rigidezze della concorrenza e le geometrie. Una seconda fase è quella di, una volta che hai analizzato tutti questi dati, decidere quali sono i tuoi target, cosa deve fare il tuo prodotto, come si deve comportare rispetto alla concorrenza. Quindi definizione dei target di peso e rigidezze, descrizione dei casi di carico o quelle che a volte vengono chiamate le missioni. Cosa deve fare il tuo prodotto. Esempio: non si deve rompere se vado ai 40 all’ora su una buca.
Per quanto riguarda le geometrie il post processing porta alla definizione degli stili di guida, cioè cosa sono gli elementi della geometria del telaio che sono i diver dello stile di guida. Terza fase, da questo punto in poi entra la simulazione. Noi abbiamo sempre utilizzato un approccio incrementale come difficoltà. Prima simulazioni semplificate, in metallo, alluminio, si fa una modellazione CAD e si ottimizzano le sezioni con gli elementi finiti per congelare la geometria. A questo punto, fase 4, simulazione completa, considerando la fibra di carbonio. Quindi c’è una simulazione del processo di laminazione con Laminate Tools, genera un modello matematico per la simulazione delle performance, per la simulazione dei test ISO 4210, impatto e non solo, un eventuale modifica del laminato che permette di ripercorrere questo loop quante volte è necessario per raggiungere i target. Nel nostro caso abbiamo effettuato 85 loop di modifica. Tenete conto che ogni singolo loop più o meno impiega una decina di minuti, perché i modelli che abbiamo utilizzato sono modelli lineari e anche i casi di carico non lineari come l’impatto sono stati riportati a casi statici equivalenti. Fatto questo, su carta, su pc hai raggiunto i tuoi target e lo devi verificare facendo i test. Se tutto il processo di simulazione è sotto controllo i test devono essere soltanto una conferma, perché bisogna assolutamente evitare di mettere il test all’interno del loop di progettazione, perché diventa costoso e lungo. Nel nostro caso i test sono andati a buon fine alla prima, quindi sono stati veramente dei test di conferma più che di progettazione.

In questa slide vi faccio vedere per ogni fase qualche cosina. Cosa abbiamo fatto per studiare le geometrie della concorrenza? Abbiamo preso 30 telai e ne abbiamo analizzato 18 dimensioni. Prima con delle chart di questo tipo che fanno vedere sia gli andamenti che eventuali anomalie. Per esempio la Dogma f10 ha una taglia dove c’è un puntino in fuori, bisogna capire per quale motivo hanno scelto questa cosa e uno dei nostri task è stato quello di individuare eventuali anomalie e cercare di capirne il motivo. Dopodiché trovare le correlazioni tra queste dimensioni che abbiamo analizzato. Qui ne riporto una che è molto significativa, perché definisce la guidabilità del mezzo, cioè come cambia il rapporto tra il wheelbase rispetto al reach a seconda del tipo di guidabilità che si vuole dare alla bici, se è race o endurance.

Per quanto riguarda le performance invece abbiamo analizzato 800 telai andando a controllare e modificare rigidezze, confort e peso pubblicati da Tour Magazin negli ultimi 10 anni. Quindi 800 telai, Tour Magazin è una rivista tedesca che si occupa principalmente di testare i telai e ne pubblica i risultati.

BB stiffness sarebbe la rigidezza di pedalata, HT stiffness è la rigidezza torsionale del telaio, il Comfort che è un verso della rigidezza cioè una compliance cioè la rigidezza della sella in verticale, il Peso e la Rigidezza su peso.

Analizzando questi dati abbiamo potuto ricostruire la statistica, saltano di nuovo fuori delle curve di Gauss e per ciascuna di queste caratteristiche abbiamo deciso che dovevamo essere nel top 25, venticinquesimo percentile, che sono queste bande verdi che vedete. Quindi rigidezza di pedalata alta, rigidezza torsionale è l’unica che deve rimanere in una finestra, non bisogna esagerare con la rigidità torsionale per non avere problemi poi in discesa in curva. Confort deve essere un valore molto basso. Peso deve essere basso e STW che è il rapporto rigidezza-peso alto. Raggiungendo questi target, il nostro telaio sarebbe stato 53esimo su 803. Quindi sapevamo dove volevamo andare ancora prima di tirare la prima riga. Questa è la fase di simulazione semplificata dove con quattro loop di modifica siamo passati da una geometria PROTO 1 a una geometria PROTO 4, dove l’incremento di rigidezza di pedalata è, soltanto lavorando sulle sezioni, del 20%. A questo punto, congelate le geometrie si può andare avanti e introdurre un’ulteriore complessità che è la fibra di carbonio. Abbiamo utilizzato solo figure unidirezionali, poi se volete vi spiego anche perché se a qualcuno interessa, di due famiglie: famiglia High Strength T800 e High Modulus M46J. Quindi il nostro telaio è un blend di unidirezionali di due famiglie, a seconda della zona.

La simulazione di processo, come diceva anche Francesco prima, l’abbiamo fatta utilizzando Laminate Tools. Il risultato è una struttura con 220 tipi di pelli, 2 materiali unidirezionali e 260 circa sequenze di laminazione. Laminate Tools permette di uscire anche con un plybook che è l’istruzione operativa per l’operatore. Questa è una pagina del plybook, si vede cosa contiene, alcune indicazioni per l’operatore di posizionamento delle pelli, eventualmente la forma delle pelli, perché Laminate Tools le sviluppa in piano e permette anche al progettista di consegnare il percorso di taglio della macchina laser per tagliare le pelli e quindi di fare il nesting e sprecare meno materiale. Questa è una fotografia a raggi X della struttura al termine degli 80 e più loop di modifica. Vedete che a sinistra abbiamo il numero di pelli sovrapposte, si arriva fino a 20 pelli sovrapposte. A destra abbiamo gli spessori ci sono zone che arrivano intorno ai 3 mm e altre zone dove il carico non passa che possono scendere anche fino a mezzo millimetro. Per esempio il toc cube al centro non chiama carico e quindi li puoi togliere materiale. Allo stesso modo l’interno dei foderi orizzontali come vedete si può scaricare perché il carico lì non passa.

Alcuni esempi di analisi che abbiamo fatto, queste sono le più complesse, sono simulazioni di impatto dalle quali abbiamo ricavato dei carichi statici equivalenti da utilizzare invece nel calcolo, nel loop di modifica. Quando la struttura subisce delle modifiche di rigidezza di un certo tipo è necessario ripetere le simulazioni non lineari, ricavare nuovamente i carichi statici equivalenti, quindi aggiornare i carichi al progredire delle modifiche della struttura. Qui ho riportato come sono andate le caratteristiche di performance nei cicli di ottimizzazione e abbiamo potuto, utilizzando il 18% di materiale il primo layup era veramente troppo leggero, 750 grammi. A fronte di un aumento del 18% della massa abbiamo ottenuto un aumento del 74% della rigidezza torsionale del 20% della rigidezza di pedalata e il 74% di rigidezza su massa.

A questo punto abbiamo testato i nostri telai. Questi sono i test interni, abbiamo verificato che i numeri della simulazione avessero una corrispondenza reale. Dopodiché abbiamo avuto la fortuna di intercettare l’interesse di Tour Magazin che è venuto, ha preso una delle nostre bici, non sapevamo che cosa avessero intenzione di fare, l’hanno testata su strada, l’hanno smontata e hanno testato le rigidezze. Insieme a noi hanno testato Pinarello F12 che è la bici sulla quale Bernal ha vinto l’ultimo Tour de France e l’ultima Wilier 0 slr. Nonostante la nostra fosse una bici su misura, lo voglio ricordare, perché poi uno a questo punto si dimentica, mentre la concorrenza sono bici stock, potete vedere che la rigidezza di pedalata della nostra bici è stata superiore, la rigidezza torsionale anche, nella parte destra della finestra target, il comfort non è stato misurato quindi ho riportato soltanto i nostri valori, il nostro peso è risultato essere superiore, ma stiamo parlando di 25 grammi mi sembra, se ricordo bene, rispetto a Pinarello F12 e la rigidezza su peso è risultata essere la migliore. Per quanto riguarda invece i tempi, togliendo le fasi 1 e 2 che noi abbiamo dovuto percorrere perché eravamo una startup, ma un’azienda sul mercato conosce bene la concorrenza e conosce già molto bene il propri target di performance e geometria. Da quel momento in poi, fino al lancio sul mercato, sono trascorsi sette mesi.

Io a questo punto Francesco avrei finito, sono stato forse più veloce di quello che credevo e ti darei la regia.

 

domande e risposte

Perfetto possiamo eventualmente lasciare anche il tuo Power Point a schermo, perché domande ne stanno arrivando e magari ti puoi aiutare con le tue slide a rispondere, ci sono alcune domande molto tecniche sulla parte anche ciclistica, per cui probabilmente hai già delle immagini che possono aiutare.

Cominciamo con delle cose un po’ più semplici, oltre a scendere nel dettaglio del prodotto la gente si chiede quanto costa una bici Exept.

Questo mi fa piacere, dover rispondere a questa domanda, perché i ciclisti hanno una percezione un po’ sbagliata di noi, forse perché i contenuti sono tanti di questa bici e quindi l’idea è: costa di più delle altre. In realtà il telaio, parliamo di telaio perché poi dipende che cosa ci si monta sopra, un telaio su misura classico, sul mercato va a 4.900 euro compreso il bike fit, di cui ci facciamo carico noi che è assolutamente in linea con il top di gamma dei marchi più blasonati.

Se volessimo acquistare la bicicletta che informazioni vi servono per rilevare le misure per il telaio e quanto tempo ci vuole per averla.

Ecco questo è il flusso tipico. Si fa la misura del corpo, se lo facciamo noi, altrimenti questa parte qui viene delegata al bike fitter. Il bike fit ha come output la posizione di manubrio e centro anatomico della sella che sono due coordinate spaziali, che sono quattro numeri, con questi quattro numeri e con l’informazione che tipo di guidabilità vuole il ciclista, guidabilità race, cioè più diretta e quindi anche un po’ più instabile, però più reattiva in curva, oppure una guidabilità endurance più stabile e un po’ meno reattiva. Con questi quattro numeri e questa singola informazione noi progettiamo il telaio su misura. Vedete che i numeri in verde con 210, 755 sono la posizione del centro anatomico della sella, ve li ritrovate progetti del telaio e allo stesso modo le coordinate del manubrio rispetto il bottom brachet. I tempi di realizzazione sono dall’ordine alla consegna sono otto settimane.

Un’altra domanda, questa riguarda gli strumenti che utilizzate per realizzare il telaio, se per ogni nuova misura dovete fare un nuovo tooling oppure no. Questo rientra penso a pieno titolo su quello è il vostro brevetto.

Sì noi abbiamo un solo tool col quale facciamo l’inviluppo di tutte le geometrie. È un tool modulare non è un tool rigido e quindi con il posizionamento dei nodi su una dima noi possiamo posizionare i nodi sia x e y che come angolo. Quindi riusciamo a generare una qualsiasi geometria e quando dico qualsiasi vuol dire stack e reach qualsiasi, millimetro per millimetro, angolo sterzo qualsiasi con una tolleranza di 0,1 gradi e angolo piantone qualsiasi, li lo variamo di 0,25 gradi. Però un solo tool.

Una domanda legata allo sviluppo dei software dedicati ai compositi, nel ciclismo.

Allora comincio un pochino a rispondere anche io, nel senso che di fatto i software che ha utilizzato Alessandro sono degli strumenti commerciali General Purpose. Quindi non sono verticali per il ciclismo, ma sono dei software di progettazione meccanica utilizzati anche in altri ambiti aeronautico e motorsport. Proprio dall’esperienza di Alessandro maturata in particolare nel settore aeronautico e nel settore automobilistico, ha applicato metodologie che sono consolidate in altri ambiti industriali per la prima volta al settore della bici, confermi?

Io tendo a non dire di essere primo, non credo di esserlo.

Sicuramente no per l’applicazione del composito, ma il discorso come dicevi del co-moulding, probabilmente.

Quello sicuro, però per questo tipo di progettazione, te lo dico conoscendo l’industria, le grandi aziende hanno delle capacità di ingegneria. Principalmente parliamo di player americani e tedeschi. Molti invece dei costruttori storici che sono passati dal metallo al carbonio delegano anche questa parte di progettazione del layup della struttura di carbonio al produttore direttamente. Con metodi che spesso sono di trial&error, perché sappiamo benissimo che per avere un ufficio calcoli interno bisogna andare incontro in tanto a spese importanti, investimenti importanti e a una ricerca di competenze molto rare, quindi spesso i costruttori di bici non lo fanno e si affidano ai produttori. Non sapendo magari a volte che cosa c’è dentro alla struttura.

Un’altra domanda legata al mondo della bici in si chiede se i seatpost che molti marchi stanno promuovendo a gran voce, quelli con una flessione “controllata” posteriore e anteriore cambiano il setting ottimale sul mezzo e quanto influiscono sul bike fitting ottimale.

Sul bike fit non influenzano perché la posizione del ciclista a monte dei componenti che poi uno andrà a montare, perché la posizione è una, dopo di che vedi cosa c’è sotto e sposti la sella dove serve. La flessibilità del seatpost è importante è il motivo per cui noi abbiamo scelto dei seatpost con offset da 25. Vedi che il centro degli attacchi non è in asse con il tubo, il tubo sella, ma è spostato indietro. Questo perché vogliamo che il tubo sella abbia una sollecitazione a flessione aiutando quindi la compliance del mezzo. Non bisogna esagerare con la flessibilità del seatpost per esempio ci sono delle soluzioni con il seatpost che diventa doppio e flettono tantissimo, beh non bisogna, secondo me, poi è una visione personale, esagerare perché deve mantenere una rigidezza sufficiente a non muoversi troppo quando fai i cambi di ritmo da seduto. La forza della gamba va a reagire sulla sella, se il seatpost è troppo flessibile va incontro a un vincolo troppo socievole e quindi si creano delle isteresi, si dissipa energia per niente, anche lì è un compromesso e va ricercato.

Abbiamo ancora tutta una bella serie di domande, quindi se volete rimanere collegati penso che per altri 5 minuti riusciamo a tenere in piedi la sessione di domande e risposte. Allora una tecnica sui modelli agli elementi finiti se per il composito sono stati utilizzati modelli shell o modelli solidi.

Allora questo punto direi che possono tirar su il modello se sei d’accordo. Devo visualizzare tutti gli elementi. Allora abbiamo le parti in blu sono elementi shell, le proprietà sono tantissime, perché sono quelle generate da Laminate Tools, se volete poi ve le coloro e vi faccio vedere quante sono, ma sono tantissime. Questa zona invece dei forcellini anteriori, siccome sono zone di laminato solido. Cos’è il laminato solido? Il laminatore riempie con pezzi, avanzi anche di carbonio che ha, per generare una sorta di plastica rinforzata. Allora per queste zone abbiamo utilizzato elementi solidi parabolici isotropi con caratteristiche elastiche di un laminato bilanciato, quindi si avvicinano molto a quelle dell’alluminio. Poi ci sono elementi rigidi, ci sono delle molle, delle stringhe e alcune parti del telaio sono state modellate con delle bar opportunamente caratterizzata in rigidezza.

Osservazione che è stata fatta, due domande diciamo da persone diverse, ma che convergono nel solito tema. Domande sull’ottimizzazione che è stata fatta sulla geometria prima con il materiale isotropo con l’alluminio e poi per passare al composito quanto eventualmente questa cosa rischia di rendere inefficace poi l’ottimizzazione del composito, se lo rende inefficace.

Guarda questo modo di procedere è quello che io ho sempre utilizzato da progettista. Per esempio in passato avevo fatto delle ruote di carbonio. Da progettista io penso, credo, che la prima cosa da fare è trovare una geometria che sia efficiente con materiale isotropo, dopodiché il carbonio ti dà un boost, ti dà la possibilità di utilizzare delle rigidezze che aprono direzioni diverse, dove servono, ma se la partenza è buona cioè se la geometria è ottimizzata e le sezioni, i raccordi sono ottimizzati con materiale isotropo, la struttura che viene fuori nella seconda fase è sempre migliore che non partire direttamente dal cut on. Questa è la mia esperienza personale, ma non mi sono mai trovato male a fare questo tipo di percorso.

Varie domande che riguardano i materiali nel senso se le caratteristiche dei materiali derivano da prove sperimentali delle fibre a 0-90 e quali materiali sono stati utilizzati.
Questa è sicuramente la domanda di qualcuno che maneggia il carbonio e sa quanto centrale è avere una caratterizzazione corretta dei materiali. Noi abbiamo scelto un fornitore di materiali anche in ragione della completezza dei dati che poteva fornire a noi, per le simulazioni. Perché imbarcarsi in una campagna di test e di caratterizzazione delle fibre è sempre una cosa che porta via troppo tempo e noi ne avevamo pochissimo e poi è sempre un risultato incompleto. Io mi ricordo quando lavoravo da consulente per Aermacchi l’M346 aveva due materiali, 2 fibre e basta. Un unidirezionale e un fabric. Il libro che ci hanno dato di caratterizzazione di questi due materiali sarà stato 120 pagine. Memore di questo ho voluto scegliere dei materiali e soprattutto un fornitore che potesse anche darmi una scheda tecnica, la più completa possibile, perché poi altrimenti il FEM ti dà dei numeri che non sono buoni. Il materiale che abbiamo utilizzato dicevo sono due T800 e M46J, alto modulo e alta resistenza. Il perché non si non abbiamo scelto per esempio T1000 anche lì ci sono dei ragionamenti dietro. È sbagliato pensare che la T1000 sia meglio del T800 dipende cosa devi fare, per esempio se hai un componente che sul jetpag ha grande compressione la T1000 non va bene.

Una domanda sulle dimensioni del telaio, nel senso che ogni taglia avrà una rigidezza diversa ovvero taglie grandi saranno meno rigide a pari spessore dei tubi, il progetto del telaio su misura considera quindi differenti spessori, differenti sezioni dei tubi oppure viene modificato soltanto reach, stack e tutte le altre misure.

Questa è un’ottima domanda il progetto è fatto su una taglia media, una 56, il test invece è stato fatto su la taglia più piccola possibile e la taglia più grande possibile. Quindi stiamo parlando da una 49 a una 63, se non sbaglio. In linea di principio si può fare quello che si chiama design to size, cioè andare ad aggiustare le rigidezze per ogni taglia o almeno per famiglie di taglie. Ne avevamo le capacità diciamo di ingegneria per farle, ma siccome abbiamo deciso che i nostri telai dovevano superare le prove ISO e il nostro approccio diciamo automotive ci costringe a testare ogni layup, questo non è commercialmente, economicamente percorribile. Perché una campagna di test ISO per ogni layup, fossero anche tre, vai a triplicare i costi di test, che non è assolutamente conveniente. Non lo fa nessuno, anzi in realtà sono veramente pochi quelli che testano i telai ISO, quindi abbiamo fatto una scelta più per la sicurezza che per la customizzazione delle rigidezze. La rigidezza dei telai grossi l’abbiamo testata ed è risultata essere molto molto molto buona. A quel punto abbiamo detto perché dobbiamo differenziare i layup, complicando tremendamente anche il processo produttivo.

Ci sono tre domande tutte legate ai materiali te le metto insieme. La prima, se è stato preso in considerazione l’uso di altri materiali oltre al carbonio, tipo fibre ramidiche, vetro, fibre naturali? L’altra, se si poteva motivare la scelta di non usare i tessuti ma solo UD? La terza, ah è sempre sull’unidirezionale, perché UD invece del tessuto?
Perfetto la prima rispondo no, la struttura in oggetto, cioè il telaio di una bici deve essere molto rigida, molto leggera e deve avere delle capacità di resistenza all’impatto e una certa durability. Le fibre di carbonio, la famiglia delle fibre di carbonio offrono tutte queste caratteristiche, quindi non è stato necessario andare a scegliere materiali particolari.

La seconda, ecco i primi layup avevano del fabric dentro, cioè del tessuto, dopodiché abbiamo deciso di sostituire ogni pelle di tessuto con due pelli di UD messe 0-90. Questo perché, se voi immaginate il percorso che deve fare la fibra in un tessuto, deve scantare, deve evitare la trama a lei perpendicolare quindi fa una specie di onda, passa sopra e sotto. Quando si va a frazionare o a comprimere una fibra che non è in piano lei quello che tende a fare per prima cosa è quella di stendersi. Quindi va a sollecitare la matrice nel tentativo di diventare dritta questo fa perdere un po’ di caratteristica alla pelle curata. Quindi mettendo la stessa quantità di fibre ma su due piani diversi si otterrà un manufatto dello stesso peso più o meno, se non inferiore, leggermente inferiore, perché c’è meno resina, ma più rigido e quindi stiamo parlando di un ordine di grandezza di qualche %, non si stravolge la struttura, ma gli dai quel piccolo boost di default. Una domanda molto rapida se il materiale è fibra secca oppure pre-impegnato. È pre-impregnato.

Ci sono ancora tutta una serie di domande e scusate ma non vorrei allungarmi troppo anche perché vedo che i partecipanti stanno cominciando a scollegarsi, giustamente. Lascerei l’email nostra per chi volesse avere anche dei dettagli, scrivendo a info@exept.cc io cercherò di rispondere, volentieri. Così come se qualcuno volesse testare le bici, noi abbiamo una flotta per provarle. Ci sono delle domande diciamo interessanti, siamo alle ultime tre e poi chiudiamo con la sessione di domande e risposte. Allora una è che nel processo di progettazione prima spiegato volto al raggiungimento dei target meccanici e di rigidezza e comfort come è stato integrato lo studio aerodinamico e i relativi target.

Allora questo è più inerente al modello aero. Il modello aero, abbiamo dovuto sviluppare le geometrie con la CFD. Per fare questo, a differenza delle analisi strutturali e il know-how sul carbonio che abbiamo internamente, noi non abbiamo le licenze software, ma non abbiamo all’interno dell’azienda l’expertise di CFD, di conseguenza ci siamo appoggiati a uno studio che fa solo questo, cioè soltanto CFD per bici. Quindi non uno studio di consulenza CFD multipurpose, loro fanno soltanto CFD per bici. Abbiamo utilizzato delle sezioni NACA e le sezioni dei tubi che sono delle sezioni che minimizzano il mondo turbolento e sono sezioni tronche, ma sezioni di profili alari, dopodiché tutte le zone di raccordo sono state utilizzate nel CFD appunto da questi specialisti. Ultima domanda e qui si rientra in ambito più commerciale che tecnico, se avete in previsione dei progetti nel mondo mountain bike. Sì, a lungo periodo sì, ma siccome adesso il core della nostra azienda è la personalizzazione e lo sfruttamento del brevetto, la mountain bike, l’esercizio della mountain bike, ha meno esigenze di questo tipo, perché il ciclista non sta nella stessa posizione per ore e ore, c’è molto fuori sella e quindi l’esigenza di una bici su misura è decisamente meno sentita. Perfetto, ti ringrazio tantissimo per la disponibilità e per tutte queste informazioni sul vostro prodotto e io riprendo il controllo della presentazione giusto per darvi alcune informazioni perché il webinar non è ancora finito, nel senso ci sono delle informazioni che potrebbero esservi molto utili e interessanti. Per prima cosa la storia di Exept, della collaborazione che ha con SmartCAE ha dato vita a due articoli tecnici. Uno legato alla sfera del calcolo strutturale quindi in collaborazione con Siemens, l’altro invece con SmartCAE per quanto riguarda la parte di gestione dei dati del composito con Laminate Tools. Queste due storie e il pdf è scaricabile gratuitamente dal nostro blog, qui trovate l’indirizzo, potete visitarlo e scaricarvi il documento. Vi ricordo anche il prossimo appuntamento, la prossima settimana, il 15 maggio ospiteremo i ragazzi del team Dynamis PRC del Politecnico di Milano che ci spiegheranno come hanno utilizzato Laminate Tools nello sviluppo della loro monoposto. Con questo è veramente tutto per oggi, qui trovate i nostri riferimenti. Chi non ha ricevuto la risposta alla propria domanda, condividerò l’elenco dei quesiti con Alessandro in maniera tale che ciascuno di voi possa avere appunto la risposta e entrare direttamente in contatto anche con Exept. Con questo è tutto, io vi auguro un buon fine settimana, ti ringrazio di nuovo Alessandro. Grazie è stato veramente un piacere. Adesso vi informo che chiudendo il webinar verrete reindirizzati su un questionario nel quale potrete esprimerci il vostro giudizio sull’evento eventualmente dirci cosa vi è piaciuto di più, cosa vi è piaciuto di meno e darci dei suggerimenti per il prossimo evento. Di nuovo buon fine settimana a tutti e alla prossima. Arrivederci a tutti! Ciao!

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