Arco japonês com projeto generativo leva ao renascimento da arquearia
- A Nishikawa Seiki reinventou o tiro com arco japonês usando o projeto generativo para criar o corpo do arco.
- O uso do projeto generativo diminuiu consideravelmente o peso total do arco.
- A equipe utilizou simulações e dados de medição 3D para definir os requisitos de forma e rigidez do arco.
- A Nishikawa Seiki continuará aprimorando o projeto do arco, criando outros modelos de arco e buscando expandir para alcançar uma distribuição global.
Situada no distrito de Edogawa, em Tóquio, está uma oficina responsável pelo renascimento do arco japonês com uma visão moderna, codinome: Projeto Sakura. Liderada por Yoshihisa Nishikawa, presidente da Nishikawa Seiki Co. Ltd., a jornada começou com seu amor pelo tiro com arco e seu objetivo de vida de desenvolver a última palavra em arcos. O resultado é o Nishikawa SH-02, um corpo de arco colocado à venda no ano passado. Agora, o desafio é deixar o arco ainda mais leve por meio de parcerias que estudam o projeto generativo com pesquisadores líderes no setor.
O SH-02 foi projetado para arqueiros que participam das competições do mais alto nível. O corpo, parte central do arco que inclui a empunhadura, conta com um projeto especial em que as duas palhetas são fixadas em suas partes superior e inferior. Isso minimiza oscilações ao soltar o arco, proporcionando um lançamento mais suave e preciso. A Nishikawa diz que ele incorpora “a alegria de atirar”.
“Os melhores arqueiros treinam muito para fortalecer a região do tronco e tendem a preferir arcos mais pesados, pois diminuem as oscilações”, afirma Nishikawa. Mas essa tendência para arcos mais pesados tem sido um obstáculo para que o tiro com arco ganhe maior apelo no Japão. “Os novatos no tiro com arco costumam ficar frustrados com o peso do arco e logo desistem”, diz ele. “É claro que também há arcos mais leves disponíveis, mas eles tornam a mira mais difícil. Se pudéssemos fabricar um arco leve de alto desempenho, o peso poderia ser acrescentado conforme a preferência de cada arqueiro. Achei que essa era uma abordagem sensata para o nosso trabalho.”
A Nishikawa Seiki é uma empresa metalomecânica que fabrica uma grande variedade de produtos, desde peças de máquinas simples até sistemas para pesquisas médicas sob encomenda especial. Também produz bens com responsabilidade social, como veículos ultracompactos. Nesse projeto, Nishikawa recorreu a seu colega Toshihiro Irie, professor do Departamento de Engenharia de Máquinas de Precisão da Faculdade de Ciência e Tecnologia da Universidade de Nihon. Juntos, eles desejavam encontrar formas de deixar o corpo do arco mais leve, conservando sua rigidez.
O projeto de um formato extraordinário
Uma abordagem para diminuir o peso de um produto é a otimização da topologia, eliminando áreas dentro de uma peça que não servem de sustentação para tensões. O projeto generativo leva essa ideia mais longe. “Estamos rodeados de noções preconcebidas sobre o que torna algo eficiente ou um bom projeto”, afirma Irie. “O projeto generativo permite eliminar esses obstáculos para revelar uma forma mais pura. Eu vi como alguns dos meus alunos trabalhando no projeto do elevador espacial utilizaram o projeto generativo para criar peças e fiquei fascinado com o processo. Quando mostrei isso à equipe da Nishikawa Seiki, eles ficaram impressionados da mesma forma.”
A equipe usou os resultados da medição 3D da posição para observar o movimento da corda do arco e, em seguida, analisou esses dados para derivar equações para a carga aplicada em cada tiro. O corpo que os alunos de Irie criaram utilizando o projeto generativo no Autodesk Fusion 360 é admirável pela forma assimétrica. “No processo de projeto generativo, torna-se um problema se a parte superior e inferior do corpo tiverem comprimentos diferentes em relação ao centro”, diz Irie. “Quando olhamos para o produto final, podemos entender como esse fator foi levado em consideração no projeto.”
No tiro com arco, a vibração causada quando a corda é solta afeta a estabilidade da empunhadura, que determina a mira e se relaciona com a rigidez de cada parte do arco. A equipe de Irie utilizou esses dados ao criar vários padrões de carga, repetindo simulações à medida que buscavam uma forma que atendesse a todos os requisitos.
Um projeto muito mais leve
Nishikawa conta que o novo corpo de arco é “totalmente diferente do SH-02 no que diz respeito à abordagem usada no projeto, mas incorpora dados numéricos e conceitos de nosso trabalho anterior. Nossa equipe não teria conseguido criar essa forma incrível sozinha.”
Por meio do processo de projeto generativo, um corpo de 1.531 gramas ficou mais leve, pesando 633 gramas. O peso total do corpo foi reduzido em mais de 50%, e os ajustes permitiram a fixação das palhetas e de outros acessórios. Após a finalização do projeto, a forma complexa foi fabricada utilizando a NTX1000, fresadora integrada de 5 eixos de segunda geração da DMG Mori adquirida pela Seiki.
Ryusuke Haruta, estudante e pesquisador da Faculdade de Ciência e Tecnologia da Universidade de Nihon, cuidou da operação de CAM. “Pude ver por mim mesmo como diversos fatores de um processo de fabricação influenciavam a peça final”, afirma Haruta. “Conseguimos chegar à rigidez suficiente.” Em seguida, operadores experientes da Nishikawa Seiki converteram os dados, verificaram o processo e fabricaram com êxito a peça detalhada na primeira tentativa.
A equipe estava fazendo simulações e Nishikawa conta que, como uma empresa menor, poderia fabricar a peça rapidamente para realizar testes reais. “Nada se compara a segurar a própria peça na mão, ver seu desempenho e poder testar sua flexão ou arqueamento”, diz ele. “Estou impressionado por termos conseguido obter esses dados na primeira tentativa com essa tecnologia.”
A medição de vibração do SH-02 mostrou resultados iguais aos melhores modelos disponíveis. Quando a equipe de Nishikawa submeteu o corpo criado com projeto generativo ao mesmo teste, a vibração horizontal foi ligeiramente maior que a do SH-02, mas a vibração vertical foi menor.
Ambições internacionais
Ao analisar os dados dos testes, Nishikawa diz que a equipe já identificou alguns pontos de melhoria. A próxima etapa será aplicar esses dados para chegar a um projeto ainda melhor, tornando o corpo ainda mais leve e melhorando a rigidez. “Quando olhamos para o futuro, esperamos utilizar o projeto generativo para fazer arcos recurvos que possam ser usados em competições olímpicas — além de arcos compostos”, afirma ele.
Nishikawa vê uma oportunidade única no mercado de arcos para uma empresa menor ter sucesso. “Para as grandes empresas japonesas, o mercado de tiro com arco é apenas uma gota no oceano, mas, para uma pequena empresa como nós, é como uma imensidão de águas em que podemos navegar e descobrir novas terras”, diz ele.
O mercado interno japonês abrange milhares de clientes, porém milhões de pessoas no mundo todo gostam de tiro com arco. Nishikawa está desenvolvendo uma estratégia de negócios para expandir nesse espaço de mercado internacional. “O simples fato de uma empresa japonesa estar regressando ao mercado de tiro com arco será destaque nas feiras do exterior”, afirma ele. “E a marca Made in Japan tem um peso inegável que nos ajudará a ter sucesso.”