Inovasi Sirip Surfboard: Desain 3D Print, Onyx, Berbasis Performa

Catatan Penulis: Saya bekerja di Markforged sebagai magang rekayasa listrik. Sambil meninjau sirip surfboard uji di kantor sebelum perjalanan ke Australia, saya terinspirasi untuk menciptakan sirip surfboard 3D print menggunakan printer Markforged Mark Two. Pos ini membahas desain, pencetakan, dan pengujian di air dari sirip custom ini.

Tentang Sirip Surfboard

Sebelum 1930-an, surfboard bergantung pada badan yang sangat konveks atau tindakan primitif menyentakkan kaki di air untuk mengontrol arah. Penambahan sirip merevolusi berselancar dengan menstabilkan yaw, memudarkan roll, dan menghasilkan lift saat berbelok—fungsi yang analog dengan sayap atau ekor pesawat. Sebagian besar sirip memiliki persilidan airfoil, yang memaksimalkan lift sambil meminimalkan drag dibandingkan bentuk persegi panjang sederhana.

Persilidan sirip surfboard titanium.

Seperti yang Anda lihat, bentuk sirip surfboard tipikal sangat mirip dengan sayap pesawat simetris.

Meski profil airfoil telah dioptimalkan, banyak sirip komersial masih menggunakan bentuk “dolphin” klasik—indah, namun tidak ideal untuk lift. Teori aerodinamika menunjukkan bahwa bentuk sayap paling efisien adalah elips karena lift didistribusikan dalam pola elips. Sayap panjang dan sempit menawarkan efisiensi rentang yang lebih tinggi, artinya lebih lift untuk kurang drag. Rutan Voyager, pesawat yang melilit dunia tanpa pengisian ulang, merupakan contoh prinsip ini dengan sayapnya yang sangat panjang dan sempit.

Mengapa, lalu, sebagian besar sirip surfboard memiliki desain mengayun ke belakang? Dalam praktik, ayunan mengurangi kemungkinan sirip terjerat dalam rumput laut—tidak ada aliran udara supersonik untuk dioptimalkan, berbeda dengan jet tempur atau pesawat penumpang.

Menambahkan Winglet

Salah satu penyumbang drag terbesar pada sirip adalah vortex yang terbentuk di tepi bawah. Dengan menambahkan winglet kecil di bagian bawah sirip, kita dapat menekan vortex ini, meningkatkan efisiensi drag secara signifikan. Pesawat penumpang modern menggunakan winglet yang sama dengan efektif yang luar biasa.

Winglet berfungsi ganda: mengurangi drag dan memberikan stabilitas pitch tambahan. Ketika penunggang meletakkan kaki terlalu maju, papan miring ke depan; winglet menghasilkan gaya bawah untuk menaklanskanya. Sebaliknya, jika penunggang berdiri terlalu belakang, winglet menghasilkan lift, membantu menjaga keseimbangan. Meski penempatan kaki yang tepat tetap penting, winglet bertindak sebagai jaring pengaman yang berharga.

Rendering CAD sirip custom; blok atas berfungsi sebagai titik pemasang untuk papan.

Set uji terdiri dari tiga sirip yang dicetak dalam Onyx murni—tanpa penguatan serat—untuk meniru fleksibilitas sirip akrilik cetak. Meski rampingnya (ketebalan maksimum 4 mm, tepi belakang dua lapis tebal), cetakan tersebut kuat. Ketebalan dua lapis winglet tahan dengan baik selama pengiriman dan pengujian.

Sirip surfboard hidrodinamis yang dicetak dalam Onyx.

Sirip dikirim ke Australia untuk evaluasi di air. Saya menggunakan papan 7 kaki 3 inci dengan sirip kedalaman 120 mm untuk perbandingan.

Sirip plastik jernih bentuk dolphin standar.

Sirip Onyx dibandingkan dengan sirip bentuk dolphin standar.

Sirip surf dapat ditukar melalui sistem kunci hex; kotak plastik dicetak dalam papan fiberglass. Satu kotak di papan saya retak, mempengaruhi camber.

Menggunakan kunci sirip untuk mengganti sirip; dasar hitam adalah kotak sirip.

Sirip 3D print pas dengan spesifikasi, menunjukkan resolusi tinggi printer Mark Two. Dengan sirip baru terpasang, waktunya untuk melompat ke ombak.

Papan dengan sirip Onyx terpasang.

Berselancar dengan Sirip

Sirip diuji dalam ombak sekitar 3 kaki—kecil menurut standar mayoritas. Bahkan pada layanan pertama, sirip memungkinkan belok yang bersih dan memberikan stabilitas pitch yang jauh lebih baik daripada set standar. Meskipun saya bukan profesional berpengalaman, saya merasakan sensasi sirip baru sangat memuaskan.

Setelah sesi pertama, sirip tetap utuh, meski ada beberapa fitur tebal dua lapis. Tanda kecil muncul di tempat baut pemasang menyentuh soket pemasang sirip.

Sirip setelah berselancar, masih utuh sepenuhnya.

Tanda dari baut pemasang di atas sirip.

Pada hari kedua, sirip di kotak yang retak gagal dalam skrg. Kemungkinan penyebab termasuk torsi tiba-tiba dari kegagalan dan baut yang tidak cukup dikencangkan. Perkiraan, ombak 10 km/h dapat memberikan gaya sekitar 3 kg pada sirip, menerjemahkan ke beban yang substansial pada soket pemasang. Meskipun kegagalan sirip adalah hal yang umum, sirip diperkuat serat dapat meningkatkan daya tahan dan memungkinkan kekakuan yang dapat diatur—parameter desain kunci untuk sirip surfboard.

Secara keseluruhan, sirip Onyx 3D print berkinerja memukau, menunjukkan baik kekuatan maupun presisi.

Catatan Editor: Berkas .stl untuk sirip ini tersedia untuk diunduh—cobalah! Jika Anda tertarik untuk bekerjasama dalam proyek seperti ini, email kami di social@markforged.com.