Réglage de la chaussure de course

Lorsqu'on aborde la conception d'une chaussure de sport ou d'un équipement de sport en général, la performance est la clé. De nombreux facteurs composent une chaussure de performance, et les exigences varient selon la fonction de la chaussure; les chaussures de course ont des exigences différentes de celles des chaussures de basket-ball, par exemple. Les chaussures de course sont légères et flexibles et conçues pour amortir et se stabiliser pendant une longue course, tandis que les chaussures de basket-ball sont conçues pour assurer la stabilité de la cheville et absorber les chocs lors de changements brusques de direction. La façon dont une chaussure de course permet à un coureur d'atterrir et de pousser à chaque pas est un sujet d'évaluation constante pour les ingénieurs à mesure que de nouvelles technologies émergent. Des matériaux hautes performances tels que la fibre de carbone peuvent aider à fournir de la rigidité sans ajouter beaucoup de poids dans des parties d'une chaussure telles que la semelle intermédiaire, le coup de pied et la tige (une structure de soutien dans la chaussure qui passe sous la voûte plantaire).

La start-up chinoise de vêtements de sport Bmai (Pékin, Chine) avait pour objectif de fabriquer une chaussure de marathon hautes performances à un prix abordable pour les consommateurs ordinaires, mais elle voulait tirer parti de la légèreté et de la rigidité de la fibre de carbone.

« L'un des principaux moteurs de l'innovation en matière de chaussures réside dans les nouveaux matériaux », déclare Axis Liu, designer en chef pour Bmai. « Les technologies des matériaux ont progressé à pas de géant au cours des une ou deux dernières décennies. Il existe désormais une pléthore de matériaux parmi lesquels choisir, mais les matériaux plus légers qui offrent un meilleur soutien, une meilleure stabilité et de meilleures performances sont de plus en plus recherchés, car les marques comptent sur eux pour accroître leurs avantages concurrentiels. »

La fibre de carbone est utilisée dans les chaussures de haute performance depuis les années 1990, des marques de chaussures telles que Nike et Adidas l'adoptant pour les chaussures de sport d'élite. Les chaussures de course en fibre de carbone peuvent aller de 160 $ ​​à 250 $. Par exemple, la Nike ZoomX Vaporfly, qui comporte une plaque en fibre de carbone pleine longueur dans la semelle intermédiaire, coûte environ 250 $. Lorsque vous considérez que les chaussures de course doivent être remplacées tous les 300 à 500 milles, ce qui finit par être tous les 4 à 6 mois pour un coureur qui parcourt en moyenne 20 milles par semaine, le coût peut s'accumuler rapidement. Bmai voulait produire une sneaker performante, tout en étant accessible, esthétiquement attrayante et abordable pour le marché de masse.

"L'une des meilleures choses à propos de la course à pied est que vous n'avez besoin que d'une paire de chaussures de bonne qualité pour commencer", explique Liu. « Nous ne voulons pas laisser les chaussures chères devenir un obstacle. »

La société a entrepris de tester un prototype de tige de chaussure en fibre de carbone dans une version en édition limitée de sa chaussure de course phare, la Mile 42K, une conception destinée aux coureurs de marathon récréatifs. L'objectif ultime était de trouver une solution qui permettrait à Bmai de produire une chaussure commerciale qui pourrait se vendre environ 399 yuans (56 USD). L'entreprise visait également à réduire le poids tout en offrant une résistance à la torsion, ce que la fibre de carbone fait bien.

Possibilités de production à haut volume. Parce qu'il s'agit d'un thermoplastique, Maezio peut être thermoformé à des taux de rendement élevés, des temps de cycle plus courts et des coûts inférieurs. Origine | Covestro

Un matériau accordable

Entrez dans la nouvelle marque Maezio de composites thermoplastiques renforcés de fibres continues (CFRTP) introduite par Covestro (Leverkusen, Allemagne; Shanghai, Chine) en octobre 2018. La gamme de produits comprend des rubans et des feuilles renforcés unidirectionnels (UD) fabriqués à partir de fibres de carbone imprégnées dans un matrice en polycarbonate (PC). Selon Covestro, le CFRTP peut être réglé pour la performance, l'esthétique et les économies d'échelle, et peut être utilisé dans des produits dans un large éventail d'industries.

Maezio peut être thermoformé à des taux de rendement élevés, des temps de cycle plus courts et des coûts inférieurs pour des millions de pièces par an. D'autres technologies de production telles que le surmoulage, la pose automatisée de ruban (ATL) et le placement automatisé de fibres (AFP) peuvent également être intégrées. L'entreprise considère Maezio comme un catalyseur de matériaux pour la production de gros volumes dans une large gamme d'applications.

« Nous pensons que la marque Maezio peut apporter de la valeur à une nouvelle génération de produits dans tous les secteurs en offrant une combinaison de construction légère, de résistances spécifiques et de finitions à une échelle encore jamais atteinte par les matériaux de pointe », a déclaré Lisa Ketelsen, responsable des composites thermoplastiques pour Covestro.

Le principal avantage de Maezio est sa ajustabilité . Les rubans UD, qui ne mesurent que 120 microns d'épaisseur, peuvent être laminés sous différents angles pour former des feuilles réglées pour répondre à une variété de critères de performance et mécaniques. Les feuilles résultantes sont solides, rigides, légères et ont une finition de surface naturelle et unidirectionnelle. De plus, les composites CFRTP sont recyclables.

Un bon ajustement

Les nouvelles conceptions de chaussures de sport nécessitent un degré élevé d'adaptabilité dans l'approche. La modification fait partie du processus de conception et de nombreux tests et itérations sont souvent nécessaires.

« [Les performances des chaussures] sont très ciblées sur l'objectif spécifique », déclare Arne Boettcher, responsable du développement du marché pour Maezio. "Vous avez besoin d'un matériel que vous pouvez adapter aux besoins exacts de l'application et de l'athlète - et c'est exactement ce qu'est Maezio."

Bmai dit que Maezio est bien adapté à la chaussure de Bmai car en plus d'offrir une rigidité avec une faible densité, le matériau offre la liberté de réglage.

"Selon la façon dont vous posez les bandes, le matériau est capable de générer différentes rigidités ou performances de torsion en fonction des besoins très spécifiques de cette chaussure", explique Ketelsen.

Résistance à la torsion. La tige en fibre de carbone de Covestro passe sous la voûte plantaire de la sneaker marathon de Bmai. Origine | Covestro

Mince, mais solide. Les épaisseurs de tige sont généralement de l'ordre de 1 à 1,2 millimètre. Origine | Covestro

Afin d'atteindre les objectifs de poids pour la chaussure Bmai, la tige devrait être mince, mais également suffisamment solide pour répondre aux exigences de torsion. Dans cet esprit, l'équipe s'est concentrée sur la détermination du nombre de plis pour la tige. Bien que Covestro n'ait pas fait de commentaires sur le nombre exact de plis ou d'orientations des fibres, la société a déclaré que les épaisseurs de tige typiques sont de 1 à 1,2 millimètres et a émis l'hypothèse qu'une orientation des fibres de 45 degrés permettrait d'atteindre la résistance à la torsion requise à l'épaisseur requise. À partir de ce point de départ, Covestro a testé et itéré différents layups.

Selon Ketelsen, la clé pour concevoir la solution optimale pour Bmai était un cycle d'itérations rapides qui comprenait des sessions de brainstorming de conception, le réglage du produit, la simulation de différentes compositions, la création d'un échantillonnage basé sur les simulations, la découpe et la découpe de chaque échantillon pour le mettre en forme, et livraison d'échantillons de test à Bmai pour commentaires.

Covestro utilise ABAQUS (ABAQUS Inc., Pawtucket, R.I., États-Unis) pour la simulation structurelle et MOLDFLOW (Autodesk, San Rafael, Californie, États-Unis) pour la simulation rhéologique en tant que logiciel standard. « Il y a certaines exigences que nous pouvons simuler en interne », explique Ketelsen. « Nous effectuons la simulation [et] avons des installations en Allemagne, aux États-Unis et en Chine pour assembler certaines pièces, effectuer des tests physiques et analyser les données, puis les remettre en production et les adapter. »

Au cours du projet, Covestro a réitéré la conception plusieurs fois, partageant les détails et les résultats, puis adaptant la conception. Une communication étroite était importante entre Bmai et le Centre d'expérience d'innovation APAC de Covestro à Shanghai, où une série de tests ont été effectués, notamment des tests de pliage et des tests de qualité pour l'adéquation et les performances. La société a fréquemment relayé les résultats à Bmai, communiquant les manières dont le produit devait être réglé.

"Vous ne pouvez pas simplement vous asseoir et le concevoir - vous devez tester et itérer", ajoute Boettcher. "Les entreprises comme Bmai sont plus habituées à simplement faire et le découvrir … tester, échouer, puis tester à nouveau. »

Itération et communication. Le concepteur en chef de Bmai, Axis Liu, travaille avec les membres de l'équipe de Covestro au Centre d'expérience d'innovation APAC de Covestro à Shanghai. Origine | Covestro

Tout au long des nombreuses itérations de conception, Covestro s'est également retrouvé à équilibrer plusieurs considérations supplémentaires, notamment la compatibilité d'adhérence du composant avec d'autres matériaux de la chaussure. Néanmoins, la rapidité de mise sur le marché était également importante étant donné le marché très concurrentiel des chaussures de sport où de nouveaux styles font rapidement leurs débuts. Selon Boettcher, la vitesse et l'agilité dans la production d'échantillons d'essai étaient essentielles.

Leçons apprises

Le 42K Lite de Bmai a été dévoilé l'année dernière et a rencontré l'entreprise exigences de torsion, d'esthétique et de performance globale. Covestro affirme que le processus de conception de la chaussure a permis de mieux comprendre comment l'entreprise pourrait travailler avec Maezio sur d'autres marchés.

« [La] clé est l'interaction avec les concepteurs et l'interaction avec ceux qui prennent les décisions », explique Ketelsen. "Ce que nous avons très bien fait dans cet exemple avec les chaussures - et quelque chose que nous voulons également intégrer à d'autres industries - a été de formuler une hypothèse basée sur ce que nous pensons être précieux, puis de tester et d'itérer cela avec le client."

Selon Covestro, Maezio suscite également l'intérêt pour l'industrie électrique et électronique, l'automobile, la technologie médicale, les biens de consommation comme les appareils ménagers, les meubles et les bagages, en plus des articles de sport et des chaussures de sport.