Il tiro con l’arco alla ribalta in Giappone, grazie al generative design

September 7, 2021

Yasuo Matsunaka - IT

arco giapponese: Nell'arco Nishikawa SH-02, due flettenti sono applicati all'estremità superiore e inferiore del riser, il corpo centrale dell'arco, realizzato con il generative design.

L’azienda Nishikawa Seiki ha reinventato l’arco giapponese.
Grazie al generative design è stato possibile ridurre notevolmente il peso complessivo dell’arco.
Il team di progetto si è avvalso di strumenti di misurazione 3D e simulazioni per definire i parametri relativi a peso e rigidità dell’arco.
Nishikawa Seiki continuerà a perfezionare il design dell’arco e a creare nuovi modelli, puntando ad ampliare la distribuzione globale.

Nel quartiere Edogawa di Tokyo, c’è un laboratorio che sta puntando a rilanciare l’arco giapponese con un tocco moderno, alias Project Sakura. Yoshihisa Nishikawa, presidente di Nishikawa Seiki Co. Ltd., ha dato avvio a questi lavori di ricerca, spinto dalla sua grande passione per il tiro con l’arco e dall’obiettivo della vita di sviluppare l’arco perfetto.

Il risultato? L’arco Nishikawa SH-02, lanciato sul mercato l’anno scorso. La sfida attuale è quella di rendere l’arco ancora più leggero attraverso collaborazioni con ricercatori di spicco, al fine di esplorare il potenziale del generative design.

L’arco SH-02 è progettato per arcieri che competono ai massimi livelli. Il riser, che è il corpo centrale dell’arco, inclusa l’impugnatura (grip), è dotato di un design speciale dove i due flettenti si collocano all’estremità superiore e inferiore del riser. In questo modo si riducono al minimo le oscillazioni nella fase di rilascio della freccia, per una maggiore precisione e fluidità, che secondo Nishikawa incarna “la gioia del tiro”.

Tutti gli archi sviluppati da Nishikawa Seiki. Il primo modello (estrema sinistra) era ispirato ai modelli popolari dell'epoca. La forma di questo modello si è rapidamente evoluta nell'SH-02 (al centro, color oro), un arco che combina un profilo elegante a prestazioni elevate. — Tutti gli archi sviluppati da Nishikawa Seiki. Il primo modello (estrema sinistra) era ispirato ai modelli popolari dell’epoca. La forma di questo modello si è rapidamente evoluta nell’SH-02 (al centro, color oro), un arco che combina un profilo elegante a prestazioni elevate. Per gentile concessione di Nishikawa Seiki.

“I migliori arcieri si allenano duramente per rafforzare la parte centrale del corpo e tendono a favorire gli archi più pesanti, perché riducono le oscillazioni”, spiega Nishikawa. Tuttavia, questa tendenza a prediligere gli archi più pesanti ha ostacolato la diffusione della disciplina del tiro con l’arco in Giappone.

“I tiratori con l’arco esordienti spesso sono scoraggiati dal peso dell’arco e abbandonano la pratica di questo sport nel giro di poco tempo”, commenta. “Certo, ci sono anche archi più leggeri, ma con questi è più difficile prendere la mira. Se fossimo in grado di creare un arco leggero e altamente performante, il peso potrebbe essere aggiunto in un secondo momento, sulla base delle esigenze di ogni arciere. È stato proprio questo il principio alla base del nostro approccio.

Nishikawa Seiki è un’azienda di lavorazione del metallo che offre una vasta gamma di prodotti, da semplici componenti per macchinari a sistemi di ricerca medica su richiesta speciale. Inoltre, l’azienda opera in modo socialmente responsabile, per esempio nella produzione di veicoli di mobilità ultracompatti.

Per questo progetto, Nishikawa si è rivolto al suo collega Toshihiro Irie, professore del Dipartimento di Ingegneria meccanica di precisione presso il Nihon University College of Science and Technology, con l’obiettivo di trovare dei metodi per alleggerire il riser dell’arco, pur mantenendone la rigidità.

Un arco dalla forma straordinaria

L’ottimizzazione della topologia rappresenta un approccio volto ad alleggerire un prodotto eliminando le aree di un componente che non sopportano le sollecitazioni. Il generative design consente di muoversi proprio in questa direzione.

“Siamo circondati da preconcetti in merito a ciò che garantisce l’efficienza o il buon design di un prodotto”, commenta Irie. “Il generative design ha il potenziale di eliminare questi ostacoli, rivelando così una forma più pura. Sono rimasto molto affascinato nel vedere alcuni dei miei studenti impegnati nel progetto dell’ascensore spaziale usare il generative design per la creazione di alcuni pezzi. Quando l’ho mostrato al team di Nishikawa Seiki, sono rimasti tutti altrettanto colpiti”.

Sulla base dei risultati della misurazione della posizione 3D, il team ha osservato il movimento della corda dell’arco, analizzandone poi i dati al fine di ricavare equazioni relative al carico applicato da ogni tiro. Il riser sviluppato dagli studenti di Irie con il generative design di Fusion 360 di Autodesk si distingue per la sua forma asimmetrica. “Se la distanza tra l’estremità superiore e inferiore e il centro del riser non è uniforme, potrebbero verificarsi dei problemi nel processo di generative design”, continua Irie. “Osservando il prodotto finale, si può vedere come questo aspetto sia stato considerato nel nostro design”.

Nel tiro con l’arco, la vibrazione che si crea con il rilascio della corda influisce sulla stabilità dell’impugnatura, che determina la mira ed è garantita dalla rigidità di ogni singolo componente dell’arco. Il team di Irie si è avvalso di questi dati per realizzare vari modelli di carico, ripetendo le simulazioni con l’obiettivo di trovare la forma che meglio soddisfacesse tutti i requisiti.

arco giapponese: Modelli stampati in 3D dai dati realizzati con il generative design. Questo approccio, che si discosta notevolmente dalle tecniche di taglio convenzionali, ha permesso a Nishikawa Seiki di ridurre drasticamente il peso del riser. — Modelli stampati in 3D dai dati realizzati con il generative design. Questo approccio, che si discosta notevolmente dalle tecniche di taglio convenzionali, ha permesso a Nishikawa Seiki di ridurre drasticamente il peso del riser. Per gentile concessione di Nishikawa Seiki.

Un design decisamente più leggero

Nishikawa spiega che il nuovo riser dell’arco è “completamente diverso dall’SH-02 in termini di approccio progettuale, ma al contempo include dati numerici e idee relative ai progetti precedenti. Il nostro team non sarebbe mai stato in grado di creare da solo questa forma incredibile”.

Grazie al generative design è stato possibile ridurre il peso del riser da 1.531 a 633 grammi. Il peso complessivo del riser è stato ridotto di oltre il 50% e le modifiche apportate hanno permesso di applicare flettenti e altri accessori. Una volta finalizzato il design, la forma complessa è stata prodotta con la fresatrice integrata a 5 assi NTX1000 di seconda generazione di DMG Mori Seiki.

L’operazione CAM è stata gestita da Ryusuke Haruta, studente di ricerca presso il Nihon University’s College of Science and Technology. “Ho avuto la possibilità di vedere con i miei occhi come molteplici fattori in un processo produttivo ne influenzino la fase finale”, commenta Haruta. “E siamo stati in grado di ottenere un grado sufficiente di rigidità”. I membri esperti del team di Nishikawa Seiki hanno poi convertito i dati, verificato il processo e fabbricato con successo, al primo tentativo, il pezzo ricco di particolari.

Dopo le simulazioni eseguite dal team, Nishikawa spiega che, essendo una piccola azienda, sarebbero stati in grado di fabbricare il pezzo nel giro di poco tempo, così da eseguire i test effettivi. “Niente è paragonabile al tenere in mano il riser vero e proprio, vedere come si comporta e poterne testare la flessione o la deformazione”, aggiunge. “Sono davvero sbalordito che siamo stati in grado di ottenere tali dati già dal nostro primo tentativo con questa tecnologia”.

I risultati della misurazione delle vibrazioni dell’SH-02 sono equiparabili ai migliori modelli disponibili sul mercato. Quando il team di Nishikawa ha sottoposto allo stesso test il riser creato con il generative design, le vibrazioni orizzontali erano leggermente superiori a quelle dell’SH-02, ma quelle verticali erano inferiori.

Il riser, realizzato con il generative design, con i flettenti. Per gentile concessione di Nishikawa Seiki.

Ambizioni globali

Nishikawa spiega che, da una valutazione dei dati del test, il team ha già identificato alcuni aspetti da migliorare. Il prossimo passo consisterà nell’applicare questi dati al fine di perfezionare ulteriormente il design, riducendo il peso del riser e aumentandone, al contempo, la rigidità. “Guardando a quello che ci aspetta, auspichiamo di usare il generative design per creare archi ricurvi che possano essere usati nei Giochi olimpici e archi composti”, commenta.

Secondo Nishikawa, un’azienda di piccole dimensioni ha opportunità uniche di avere successo nel mercato del tiro con l’arco. “Per le grandi società giapponesi, il mercato del tiro con l’arco è solo una goccia nell’oceano, ma per una piccola azienda come la nostra, rappresenta un oceano in cui salpare alla scoperta di nuove terre”, commenta.

Il mercato giapponese conta migliaia di persone, ma in tutto il mondo ci sono milioni di appassionati di tiro con l’arco. Nishikawa sta sviluppando una strategia di business per espandere la propria posizione sul mercato globale. “Solo il fatto che un’azienda giapponese stia rimettendo piede sul mercato del tiro con l’arco non ci farà passare certo inosservati nelle fiere d’oltremare”, afferma. “E il marchio Made in Japan ha un’influenza innegabile che ci consentirà di avere successo”.