Vorteq ha usado Artec Leo para diseñar y dar vida a WX-R, una veloz bicicleta de carreras.

Por Matthew McMillion

Reto: Una empresa de I+D orientada al deporte necesitaba capturar digitalmente una serie de bicicletas de carreras profesionales en 3D de alta resolución para utilizarlas en el desarrollo de una bicicleta de carreras súper aerodinámica

Solución: Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Wrap

Resultados: Usando Artec Leo, un escáner 3D profesional de mano, se escanearon en 3D diversas bicicletas de carreras. Estos modelos 3D, con la geometría exacta de los cuadros y componentes de las bicis se combinaron en un análisis FEA y CFD junto con los datos 3D de escaneos ultra precisos hechos con Artec Space Spider para así poder diseñar una bicicleta de carreras excepcional y única.

En el mundo del ciclismo profesional y olímpico, la resistencia es un factor determinante. Ahora, gracias al uso de la última tecnología de escaneo 3D portátil combinada con el análisis CFD (dinámica de fluidos computacional) más avanzado, la experiencia en CAD y el enfoque del diseño, Vorteq, una empresa con sede en el Reino Unido, en asociación con los ingenieros de WX-R, ha creado una bicicleta que atraviesa el aire y ya está causando sensación en el mundo del ciclismo.

La bicicleta de pista Vorteq WX-R

Hasta el 80% de la resistencia al aire con la que un ciclista tiene que enfrentarse la ejerce con su cuerpo, y el 20% restante la provoca la bicicleta, pero esos números son variables. El cuerpo de un ciclista ya es tan aerodinámico como es posible, por ejemplo usando un traje de piel Vorteq, que reduce su CdA (coeficiente de arrastre x área) drásticamente respecto a la ropa de ciclismo convencional. Por tanto, cabe centrarse en reducir la resistencia que ejerce la bicicleta. Esta reducción de la resistencia es vital para ahorrar energía y tiempo.

Por ejemplo, en el transcurso de una etapa de triatlón de 5 horas, la diferencia entre tener una bicicleta aerodinámica y una bicicleta de carreras común puede significar cruzar la línea de meta el primero. ¿Pero qué pasará con una bicicleta que es aún más rápida, una que se diferencie de verdad por su capacidad aerodinámica?

La horquilla de la WX-R de Vorteq

Durante décadas, los fabricantes de bicicletas de carreras se han esforzado por conseguir las mejores máquinas para el asfalto, pero en su mayoría han realizado sus diseños siguiendo los de sus competidores. Ocasionalmente se han utilizado túneles de viento y pruebas de CFD. Sin embargo, se ha pasado por alto algo muy importante: la faceta humana de la ecuación de la velocidad. Los propios ciclistas, sus bicicletas, así como la forma en que las conducen, representan una verdadera enciclopedia de datos.

Utilizando sus años de experiencia en CFD adquirida a través de su trabajo con la Fórmula 1 y los deportes de motor, resolviendo los más difíciles retos de ingeniería y ofreciendo soluciones de calidad para sus clientes, los ingenieros de diseño de Vorteq, una empresa de TotalSim, se enfocaron en el objetivo de crear la bicicleta de pista más rápida del mundo.

Manillar Tokyo Edition de la Vorteq WX-R

La primera fase del proyecto requería del escaneo de varias bicicletas de carreras profesionales en 3D de alta resolución. Después de la digitalización, los modelos 3D de las bicis se utilizarían para un análisis CFD combinado con las últimas pruebas e investigaciones en el túnel de viento, incluyendo el análisis de los hábitos de conducción kinesiológicos de los propios ciclistas (los propietarios de las bicis), y tras ello, analizar todo para crear la bici de pista aerodinámica definitiva, la Vorteq WX-R.

A la hora de buscar un escáner 3D profesional de mano que pudiera cumplir todos sus requisitos de precisión, velocidad de captura y capacidades inalámbricas, sólo había un escáner apto: el Artec Leo, un reconocido escáner 3D inalámbrico diseñado para capturar objetos de tamaño medio con un color impresionante. Recomendado y suministrado a Vorteq por el embajador de Artec 3D, Central Scanning. Artec Leo puede escanear por completo una bici de carreras profesional en menos de un minuto.

Artec Leo

En palabras de Alex Chung de Central Scanning, "TotalSim, la compañía matriz de Vorteq, fue la primera en el Reino Unido en recibir el Artec Leo en enero de 2019, y con él se han ido fortaleciendo cada vez más. Siendo ya usuarios expertos de Artec, Vorteq rápidamente aprovechó el aumento de velocidad, portabilidad y maniobrabilidad de Artec Leo para hacer un cambio en el flujo de trabajo de diseño de su traje de piel aerodinámico, lo usan para escanear en 3D a los ciclistas en sus bicicletas in situ. Y ahora con el proyecto Vorteq WX-R, lo han vuelto a hacer, esta vez aprovechando al máximo la inigualable potencia de escaneo y flexibilidad de Leo para crear una bicicleta de carreras realmente extraordinaria. Central Scanning se enorgullece de apoyar a TotalSim y Vorteq como socios en la investigación".

Escaneando con Artec Leo a un ciclista y su bicicleta en el túnel de viento de SSEH

El ingeniero de calibración de Vorteq, Sam Quilter, nos explica cómo realizaron el escaneo: "Con nuestro Leo, escaneamos una serie de bicicletas para obtener modelos digitales precisos, y luego los comparamos en nuestro sistema CFD para ver cuáles eran las diferencias de resistencia, a continuación realizamos ajustes estructurales y modificaciones en los modelos 3D para mejorar el rendimiento". De esta manera, fuimos capaces de extraer lo mejor de múltiples bicis y juntarlo todo en un diseño mejorado".

Quilter continúa: " A la vez, mientras estábamos en el proceso de diseño, analizamos a los ciclistas en el túnel de viento de Silverstone (SSEH), para entender exactamente cómo se consume energía y cómo esto influye en toda la bicicleta. Se obtuvo una enorme cantidad de datos de gran valor, y eso fue un factor crucial en el diseño".

"Les daré un ejemplo de cómo el escaneo 3D nos ayudó durante esta etapa intermedia del desarrollo. Pusimos la bici de cada ciclista montado en su bici sobre un dispositivo y luego aplicamos varios niveles de carga a la zona del cigüeñal, agregando algo de deformación al cuadro, para ver cuánta flexión y pandeo se estaba produciendo. Esto se hizo hasta el pico de generación de energía, para recrear la física del par que pasa por los pedales, por el cigüeñal y por los ejes de las ruedas. Luego usamos nuestro escáner 3D Artec Space Spider para capturar con precisión el cuadro de la bicicleta en ese momento, y a partir de esos escaneos generamos gráficos que muestran exactamente cómo y dónde se flexionaban los cuadros".

"Hubo una desviación sustancial, porque todos los cuadros que estábamos escaneando eran de fibra de carbono. Y había una cierta cantidad de flexión cuando se ejercía esa fuerza. Queríamos cuantificarla porque sabemos por los comentarios de los ciclistas (que son los que más saben de flexibilidad y sensibilidad de la bici) que era algo fundamental. Sin embargo, demasiada flexión le quitaría parte de la energía al ciclista, ya que la energía que se le quita a las ruedas se disipa en el cuadro. También necesitábamos entender dónde se estaba produciendo la flexión".

El sillín fijo Vorteq Tokyo

Quilter y el equipo de Vorteq crearon su propio flujo de trabajo para procesar los escaneos de Artec Leo. Lo presenta así: "Importamos los escaneos al software de post-procesamiento, Artec Studio, que en el caso del escaneo de una bicicleta, es muy rápido. Luego comprobamos que todo se viera bien, siempre es conveniente echar al menos un vistazo rápido. Después de esto, usamos la herramienta Eraser para eliminar cualquier dato no deseado en el escaneo. Luego hicimos un Registro Global con la configuración predeterminada, algo que funciona a la perfección en nuestro caso.

Quilter continua, "A partir de este punto, hicimos Sharp Fusion, ya que trabajamos con componentes y estructuras rígidas, cuando procesamos el escaneo del cuerpo para un traje de piel, considerando las superficies anatómicas orgánicas del cuerpo humano, una Smooth Fusion es lo más apropiado. En cambio, Sharp Fusion retiene todos los detalles geométricos complejos que necesitamos para el modelo de la bicicleta. Luego lo exportamos como un archivo OBJ a Geomagic Wrap, donde llevamos a cabo algunos pasos de diseño más antes de enviar el modelo 3D resultante a nuestro sistema CFD personalizado".

La rueda delantera de 4 radios Vorteq Tokyo

Tras la fase de investigación y desarollo, para dar vida a su creación, Vorteq se asoció con el fabricante británico de bicicletas Worx, una compañía que fabrica sus propias bicicletas de pista, pero ninguna como la Vorteq WX-R.

La Vorteq WX-R ya ha competido y está previsto que participe en las Olimpiadas de Tokio. Su participación en los campeonatos mundiales de pista de la UCI contribuyó a dos medallas, 3 récords, 2 récords nacionales y un nuevo récord asiático.

Azizulhasni Awang se lanza a por la victoria con una Vorteq WX-R en los Campeonatos Mundiales de Ciclismo de Pista UCI 2020 en Berlín.

Además de crear los trajes de piel y la bicicleta de pista más rápidos del mundo, Vorteq también ofrece una serie de servicios de escaneo 3D relacionados con el ciclismo con sus escáneres Artec Leo y Space Spider, ya sea en su oficina del Reino Unido o en cualquier otro lugar del mundo.