Innoverende surfplankvinnen: 3D-geprint, Onyx-gemaakt, prestatiegedreven ontwerp

Auteursnota: Ik werk bij Markforged als elektrisch engineering stage. Terwijl ik test-surfplankvinnen in het kantoor bekeek voor een reis naar Australië, werd geïnspireerd om 3D-geprinte surfplankvinnen te maken met de Markforged Mark Two-printer. Dit bericht beschrijft het ontwerp, printen en water-testen van deze aangepaste vinnen.

Over surfplankvinnen

Vóór de jaren '30 steunden surfplanken op sterk gebulde romp of het primitieve act van voeten in het water slepen om richting te controleren. De toevoeging van vinnen revolutioneerde surfen door gieren te stabiliseren, rol te dempen en lift te genereren tijdens bochten – functies analoog aan een vliegtuigvleugel of staart. Meeste vinnen hebben een vleugelprofiel-dwarsdoorsnede, wat lift maximaliseert en weerstand minimaliseert ten opzichte van een simpele rechthoekige vorm.

Dwarsdoorsnede van een titanen surfplankvin.

Zoals je ziet, is de vorm van een typische surfplankvin opvallend vergelijkbaar met een symmetrische vliegtuigvleugel.

Ondanks de optimalisatie van vleugelprofielen, houden veel commerciële vinnen nog steeds de klassieke "dolfijn"-vorm aan – mooi, maar niet ideaal voor lift. Aerodynamische theorie toont aan dat de meest efficiënte vleugelvorm een ellips is omdat lift in een elliptisch patroon wordt verdeeld. Een lange, smalle vleugel biedt een hogere span-efficiëntie, wat meer lift voor minder weerstand betekent. De Rutan Voyager, een vliegtuig dat de wereld omvloog zonder bijtanken, illustreert dit principe met zijn ultra-lange, smalle vleugels.

Waarom hebben de meeste surfplankvinnen dan een achterovergezwepte vorm? In de praktijk vermindert de zwiep de kans dat een vin in zeewier verward raakt – er is geen supersonische luchtstroom om te optimaliseren, in tegenstelling tot jachtvliegtuigen of luchtvaartuigen.

Vleugelspanten toevoegen

Een van de grootste bijdragers aan weerstand op een vin is de wervel die zich aan de onderkant vormt. Door kleine vleugelspanten aan de onderkant van de vin toe te voegen, kunnen we deze wervels onderdrukken, wat de weerstandsefficiëntie aanzienlijk verbetert. Moderne passagiersvliegtuigen passen vergelijkbare vleugelspanten met groot succes toe.

Vleugelspanten dienen een dubbel doel: weerstand verminderen en extra pitch-stabiliteit bieden. Als een surfer zijn voeten te ver voorop plaatst, kantelt de plank neus-naar-onder; de vleugelspanten genereren duwkracht om dit te compenseren. Andersom, als de surfer te ver achteraan staat, produceren de vleugelspanten lift, wat helpt om balans te bewaren. Hoewel juiste voetplaats essentieel blijft, fungeren vleugelspanten als een waardevol veiligheidsnet.

CAD-rendering van de custom vin; de bovenste blokken dienen als bevestigingspunten voor de plank.

De testset bestond uit drie vinnen geprint in zuiver Onyx – zonder vezelversterking – om de flexibiliteit van gegoten acrylaatvinnen na te bootsen. Ondanks hun slankheid (maximale dikte 4 mm, achterrand twee lagen dik), waren de prints robuust. De twee-lagen-dikte van de vleugelspant hield goed stand tijdens verzending en testen.

Hydrodynamische surfplankvinnen geprint in Onyx.

De vinnen werden naar Australië gezonden voor water-evaluatie. Ik gebruikte een 7-voet-3-inch plank uitgerust met 120 mm diepte vinnen voor vergelijking.

Standaard heldere-kunststof dolfijnvormige vinnen.

Onyx vin vergeleken met een standaard dolfijnvormige vin.

Surfvinnen zijn uitwisselbaar via een zeskantsleutelsysteem; plastic dozen zijn in de fiberglasplank gegoten. Eén doos op mijn plank was gekraakt, wat de camber beïnvloedde.

Een vinsleutel gebruiken om vinnen te wisselen; de zwarte basis is de vindoos.

De 3D-geprinte vinnen paste perfect volgens specificaties, wat de hoge resolutie van de Mark Two-printer aantoont. Met de nieuwe vinnen geïnstalleerd, was het tijd om de golven te slaan.

Plank met Onyx-vinnen geïnstalleerd.

Surfen met de vinnen

De vinnen werden getest in ongeveer 3-voet branding – klein naar meeste standaards. Al bij de eerste rit stonden de vinnen schone bochten toe en leverden ze merkbaar meer pitch-stabiliteit dan de standaardset. Hoewel ik geen doorgewinterde professional ben, vond ik het gevoel van de nieuwe vinnen zeer bevredigend.

Na de eerste sessie bleven de vinnen grotendeels intact, ondanks sommige 2-lagen-dikke kenmerken. Lichte sporen verschenen waar de montagebouten contact maakten met de bevestigingsplugs van de vin.

Vin na surfen, nog volledig intact.

Spoor van montagebout aan de bovenkant van de vin.

Op de tweede dag faalde de vin in de gekraakte doos in torsie. Waarschijnlijke oorzaken zijn een plotselinge kracht bij een val en onvoldoende aangedraaide bouten. Ruwweg kan een 10 km/u golf ongeveer 3 kg kracht uitoefenen op een vin, wat vertaalt naar een aanzienlijke belasting op de bevestigingsplugs. Vinbreuk is gemeengoed, maar een vezel-versterkte vin zou de duurzaamheid kunnen verbeteren en afstelbare stijfheid toelaten – een cruciale ontwerpparameter voor surfplankvinnen.

Over het algemeen presteerden de 3D-geprinte Onyx-vinnen indrukwekkend, wat zowel sterkte als precisie aantoont.

Redactienota: De .stl-bestanden voor deze vinnen zijn beschikbaar voor download – probeer ze uit! Als je geïnteresseerd bent in samenwerking aan projecten als dit, e-mail ons op social@markforged.com.