I cuscinetti in plastica riducono il peso e migliorano la durata

Quando nel 2012 l'ingegnere Mark Doyle iniziò a mettere insieme i piani per un esoscheletro a supporto dei chirurghi, voleva sviluppare un prodotto leggero che potessero essere indossati comodamente per lunghi periodi di tempo. Doyle e il suo team di Levitate Technologies (San Diego, California) hanno dovuto scegliere con attenzione i prodotti da includere nel dispositivo perché qualsiasi grammo in più avrebbe potuto rendere il dispositivo scomodo e ingombrante, interrompendo così lo sviluppo prima che entrasse in produzione.

"Chiedere agli esseri umani di indossare una struttura metallica e svolgere il proprio lavoro non è un compito facile", ha affermato Joseph Zawaideh, vicepresidente marketing e sviluppo aziendale di Levitate. "Avevamo bisogno di qualcosa che fosse leggero, di basso profilo e che potesse adattarsi al movimento dell'utente comodamente e senza interferenze nell'area di lavoro. Richiedeva attenzione ai dettagli su ogni vite e ogni bullone. La nostra mentalità era 'se non ti serve, non aggiungerlo.'"

L'Airframe™ è stato introdotto sul mercato commerciale nel 2016. Mentre funzionava per i chirurghi, altri settori hanno rapidamente appreso della sua disponibilità e Levitate, vedendo un'opportunità per una significativa crescita aziendale, ha spostato il suo focus di marketing sui clienti del settore manifatturiero. Progettato in modo simile a uno zaino, The Airframe può essere adattato a quasi tutte le dimensioni del corpo con un telaio e cinghie regolabili. L'esoscheletro supporta le estremità superiori di professionisti e lavoratori qualificati che sono esposti a movimenti ripetitivi del braccio e/o all'elevazione stazionaria del braccio.

Doyle e il suo team di ingegneri avrebbero potuto utilizzare boccole in acciaio nell'applicazione. Hanno invece scelto i cuscinetti in materiale plastico prodotti dalla igus, con sede in Germania. L'azienda, che ha uno stabilimento nel Rhode Island, produce un assortimento di prodotti in plastica ingegnerizzata autolubrificanti, leggeri ed esenti da manutenzione. Tutte queste proprietà, e altre ancora, hanno attratto Doyle nella progettazione di The Airframe. Un'unità contiene 32 boccole in plastica igus. "Ci sono molti esoscheletri sul mercato", ha detto Zawaideh. "Questo è il più leggero sul mercato. È abbastanza leggero da poter essere indossato dai lavoratori tutto il giorno."

La chiave della leggerezza dell'Airframe sono le boccole. I cuscinetti in acciaio sono sempre molto più pesanti della plastica, fino a sei volte il peso. In un'applicazione come quella dell'esoscheletro, le boccole in plastica ingegnerizzata si sono rivelate essenziali per mantenere il peso al minimo.

La boccola utilizzata più ampiamente in The Airframe è l'iglidur® G300, che ha una densità di 1,46 g/cm3, un valore PV di 12.000 e una resistenza alla trazione di 30.460 a 68°. Le applicazioni tipiche includono carichi medio-alti, velocità di scorrimento medie e temperature medie. "È un cuscinetto per uso generale e ha un buon mix di usura, basso attrito e costo ragionevole", ha affermato Doyle.

Doyle ha scelto le boccole iglidur® T500 e Z per resistere alle temperature più elevate nell'esoscheletro. La boccola T500, con una densità di 1,44 g/cm3, è resistente alla temperatura fino a 482° e ha una resistenza alla trazione di 24.660 a 68 °F. La boccola ha un assorbimento di umidità molto basso e una resistenza universale agli agenti chimici. La boccola Z (densità 1,40 g/cm3) viene utilizzata in applicazioni che richiedono elevati carichi dinamici e resistenza all'usura. I cuscinetti sono adatti a temperature fino a 482° e hanno una resistenza alla compressione di 9.425 psi. La serie Z offre inoltre un modulo di elasticità 348.1000.

Doyle ha scelto anche la boccola iglidur® M250 per l'esoscheletro: presenta diverse qualità importanti, soprattutto in termini di produzione. Ogni unità pesa solo 1,14/g/cm3, ma può assorbire lo sporco e smorzare le vibrazioni, riducendo il rumore e prolungando la vita dell'Airframe.

L'uso di componenti in plastica nella progettazione dell'Airframe è coerente con le crescenti tendenze nella produzione di plastica. Nel 2016, la produzione globale di plastica ha raggiunto i 335 milioni di tonnellate. Si prevede che il mercato globale della plastica raggiungerà circa 654 miliardi di dollari entro il 2020, secondo uno studio del 2015 condotto da Grand View Research, Inc.