18 settembre 2019
La stampa 3D sta plasmando nuove possibilità nell’ingegneria delle calzature, permettendo alle aziende calzaturiere di creare nuovi design di scarpe e affrontare la crescente domanda di personalizzazione.
Secondo un recente rapporto di una società di ricerca, SmarTech Analysis, la stampa 3D delle calzature è destinata a diventare un’opportunità di guadagno di 9 miliardi di dollari nei prossimi 10 anni. L’azienda suggerisce anche che il segmento delle calzature stampate in 3D diventerà il più grande segmento di prodotti di consumo stampato in 3D entro il 2030.
Ma cosa sta guidando questa enorme opportunità?
Nella serie Application Spotlight di questa settimana, ci stiamo immergendo nella stampa 3D per le calzature, esplorando i vantaggi, i casi d’uso e le tendenze che modellano il futuro della tecnologia nel settore calzaturiero.
Dai un’occhiata alle altre applicazioni trattate in questa serie:
Stampa 3D per scambiatori di calore
Stampa 3D per cuscinetti
Stampa 3D per la produzione di biciclette
Stampa 3D per l’odontoiatria digitale &Produzione di Clear Aligner
Stampa 3D per impianti medici
Rockets stampati in 3D e il futuro della produzione di veicoli spaziali
Stampa 3D per componenti elettronici
Stampa 3D nell’industria ferroviaria
3D-Occhiali stampati
Stampa 3D per la produzione di parti finali
Stampa 3D per staffe
Stampa 3D per parti di turbine
Come la stampa 3D permette componenti idraulici più performanti
Come la stampa 3D supporta l’innovazione nell’industria dell’energia nucleare
Perché i marchi di calzature adottano la stampa 3D?
Attualmente, i ricavi della stampa 3D delle calzature costituiscono circa lo 0,3% dei ricavi del mercato globale delle calzature, secondo SmarTech Analysis. Questa cifra è destinata a salire all’1,5% dei ricavi globali delle calzature entro il 2029.
Mentre questa crescita è incoraggiante, la cifra effettiva è piccola se paragonata ai ricavi complessivi del mercato calzaturiero. Questo indica che la stampa 3D non sostituirà nessuno dei processi di produzione consolidati molto presto.
Detto questo, le calzature stampate in 3D potrebbero diventare uno dei più grandi segmenti della stampa 3D di prodotti di consumo. Questa evoluzione sarà principalmente guidata da due tendenze chiave:
1. La crescente domanda dei consumatori di prodotti personalizzati;
2. Una maggiore attenzione alla produzione digitale.
La crescente domanda di prodotti personalizzati
La realtà del panorama dei consumatori di oggi è che i consumatori chiedono esperienze personalizzate e su misura.
In risposta, molte aziende di calzature permettono ai clienti di ordinare scarpe con una quantità limitata di personalizzazione, per esempio, offrendo una selezione limitata di colori.
La stampa 3D, invece, permette alle aziende di sbloccare un nuovo livello di personalizzazione grazie alla possibilità di creare scarpe su misura per chi le indossa.
Indubbiamente, il potenziale per le calzature personalizzate in massa è ancora nelle sue fasi iniziali, e le aziende calzaturiere stanno solo iniziando a sviluppare strategie per consentire la personalizzazione delle scarpe in massa.
Tuttavia, man mano che i marchi di calzature diventano più audaci nell’uso delle tecnologie di stampa 3D nella produzione, ci saranno più opzioni di personalizzazione.
Una maggiore attenzione alla produzione digitale
Un altro fattore chiave per l’adozione della stampa 3D delle calzature è la digitalizzazione e l’automazione della produzione.
La produzione di scarpe è un processo a più fasi e ad alta intensità di lavoro, e gran parte del processo di produzione è ancora manuale. Richiede un sacco di macchine specializzate e lavoratori per produrre pezzi separati e montarli insieme per creare un paio di scarpe finite.
Con questo in mente, le aziende calzaturiere stanno cercando nuovi modi per ottimizzare il processo di produzione.
La stampa 3D offre un’alternativa ideale, consentendo alle aziende calzaturiere di ottimizzare la produzione di alcuni componenti delle scarpe.
A differenza dei processi di produzione tradizionali, la stampa 3D non richiede attrezzature aggiuntive per creare una parte. Invece, il processo comporta la creazione di un modello digitale e l’impostazione di parametri, come la velocità di stampa e l’orientamento della parte, sulla piattaforma di costruzione, utilizzando un’applicazione software specializzata.
Il modello viene quindi inviato a una stampante 3D, dove un’altra applicazione software guida automaticamente il processo di stampa in base al modello digitale e ai parametri preimpostati. Questo rende la stampa 3D una tecnologia di produzione puramente digitale.
Questo significa anche che la produzione può essere snellita riducendo il lavoro manuale coinvolto nel processo di fabbricazione delle scarpe.
Tutti i principali marchi di calzature utilizzano la stampa 3D per applicazioni di prototipazione e stampaggio da oltre un decennio. Tuttavia, gli ultimi anni hanno visto la stampa 3D sempre più adottata per produrre componenti funzionali delle calzature.
La produzione di parti come le intersuole per le scarpe da ginnastica è stata l’applicazione calzaturiera di maggior successo per la stampa 3D fino ad oggi. Alcuni marchi usano la tecnologia per creare intersuole e solette per scarpe da ginnastica, mentre altri stanno sperimentando la stampa 3D di tomaie per scarpe da ginnastica e componenti per sandali.
Quali tecnologie di stampa 3D sono usate per la produzione di calzature?
Il gruppo più comune di tecnologie di stampa 3D usato nella produzione di calzature oggi è la fotopolimerizzazione al tino. Questo gruppo comprende le tecnologie a base di resina come la stereolitografia e il Digital Light Processing e la Digital Light Synthesis (DLS) di Carbon.
Queste tecnologie si basano su un processo simile, in cui una fonte di luce (un laser, un proiettore o diodi emettitori di luce) viene applicata a una resina liquida strato per strato, facendola solidificare.
L’alta precisione, la velocità di stampa e la compatibilità con materiali flessibili ed elastici, come il TPU, il silicone e il poliuretano elastico, tipici delle scarpe sportive, hanno reso le tecnologie di stampa 3D basate sulla resina una soluzione produttiva valida.
Oltre alle tecnologie a base di resina, i calzolai stanno adottando anche tecnologie a base di polvere, come la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e il Multi Jet Fusion (MJF) di HP.
Anche queste sono ottimizzate per lavorare con materiali elastomerici e offrono una velocità di stampa elevata. Tuttavia, a differenza delle tecnologie a base di resina tipicamente usate per le intersuole, SLS e MJF sono più comunemente usate nella produzione di solette.
Sviluppi dei materiali per le calzature stampate in 3D
L’uso di successo della stampa 3D nella produzione di calzature richiede materiali di grado produttivo che, fino a poco tempo fa, mancavano all’industria della stampa 3D.
I recenti progressi nei materiali stampabili in 3D adatti alle calzature hanno aperto la porta a più applicazioni di produzione. Questo progresso è stato in gran parte alimentato dalla stretta collaborazione tra i fornitori di tecnologia e i marchi di calzature.
Per esempio, Carbon ha lavorato con Adidas per sviluppare un materiale poliuretanico elastomerico utilizzato per le intersuole delle sneakers FutureCraft di Adidas.
Similmente, New Balance ha collaborato con Formlabs, un produttore di stampanti 3D SLA desktop, per produrre materiali di stampa 3D ad alte prestazioni adatti alle calzature. Insieme, hanno introdotto una nuova resina fotopolimerica proprietaria, Rebound Resin, che è progettata per creare strutture reticolari elastiche e forti.
Quando viene stampato, il materiale mostra la stessa durata e affidabilità che si trova nelle termoplastiche stampate a iniezione.
I vantaggi della stampa 3D nelle calzature
Tempo di commercializzazione più rapido
Una delle più grandi sfide nella produzione di calzature è il costo e il tempo necessario per creare gli stampi delle suole.
Ogni misura di scarpa richiede uno stampo individuale, la cui creazione può costare migliaia di dollari. Inoltre, la produzione di stampi ha tempi lunghi, che richiedono diversi mesi di comunicazione avanti e indietro tra il marchio e le fabbriche.
Al contrario, la stampa 3D non richiede stampi e i componenti delle scarpe possono essere creati direttamente da un file di progettazione, permettendo ai calzolai di portare nuove scarpe sul mercato molto più velocemente.
Ad esempio, Adidas utilizza tecnologie automatizzate di produzione di scarpe, compresa la stampa 3D, nelle sue Speedfactories in Germania e Nord America. La stampa 3D viene utilizzata per creare le intersuole per le scarpe da corsa 4D Futurecraft e Alphaedge di Adidas.
La combinazione di stampa 3D, automazione e produzione localizzata, secondo quanto riferito, consente ad Adidas di introdurre il prodotto sul mercato tre volte più velocemente che con la produzione tradizionale.
Design innovativi
La stampa 3D permette ai marchi di calzature di esplorare e implementare nuove caratteristiche di design per le scarpe. Consideriamo le intersuole: tradizionalmente, sono fatte come un pezzo solido con lo stesso grado di supporto in tutta la scarpa.
Con la stampa 3D, le prestazioni delle scarpe possono essere sostanzialmente migliorate, grazie alla capacità di creare intersuole con strutture reticolari, che sarebbero impossibili da stampare a iniezione.
Queste strutture possono essere progettate per avere diverse densità all’interno di un’intersuola. Mettendo a punto diverse aree di un’intersuola, i designer possono ottimizzare le proprietà di ammortizzazione in tutta la scarpa, creando così calzature più performanti.
Personalizzazione
Un altro vantaggio della stampa 3D è la possibilità di creare scarpe su misura per i piedi di chi le indossa.
Per creare un paio di scarpe personalizzate, le aziende in genere usano la scansione 3D per catturare le misure individuali dei piedi di un cliente.
In base alle scansioni, i designer generano un design di componenti di scarpe, come intersuole o solette, che soddisfano le particolarità del cliente. Il design viene poi inviato a una stampante 3D per la produzione diretta.
Il designer di scarpe danese, ECCO, sta usando questo approccio per espandere l’esperienza personalizzata per i suoi clienti. L’anno scorso, il calzolaio ha introdotto il progetto di personalizzazione delle calzature QUANT-U, guidato dall’Innovation Lab di ECCO (ILE). Il progetto si svolge nel concept store sperimentale di ECCO, W-21, ad Amsterdam e offre uno sguardo su come potrebbe essere il futuro della produzione di calzature.
Il negozio W-21 sta sfruttando la stampa 3D per fornire ai clienti che arrivano a piedi scarpe su misura nel giro di poche ore.
Questo è un processo in tre fasi che inizia dalla raccolta dei dati del cliente attraverso la scansione 3D e sensori indossabili. I dati includono misure, come i contorni dell’arco, la lunghezza, la larghezza e il volume del piede, la distanza tra le dita e il peso corporeo distribuito sulle suole dei clienti.
I dati vengono poi interpretati e tradotti in un design dell’intersuola, su misura per i piedi del cliente. Il file di progettazione viene inviato a una stampante 3D in loco che produce l’intersuola in un materiale siliconico. Successivamente, le intersuole stampate in 3D sono integrate nelle scarpe Flexure di ECCO per offrire una vestibilità perfetta al cliente.
Al momento, il progetto QUANT-U è disponibile solo per una base di clienti selezionati. Se si rivelasse un successo commerciale, il livello di personalizzazione che il progetto offre potrebbe fornire ai negozi di mattoni e magazzini un vantaggio competitivo in un mondo dominato dallo shopping online.
Esempi di stampa 3D nell’industria calzaturiera
Suole intermedie stampate in 3D
Le suole intermedie – lo strato ammortizzante tra la suola interna e quella esterna – sono forse l’esempio più pubblicizzato della stampa 3D nelle calzature.
Per esempio, le sneakers con suole intermedie stampate in 3D sono state uno dei primi prodotti di consumo ad essere prodotti in serie, utilizzando la produzione additiva. Nel 2019, Adidas rimane all’avanguardia della stampa 3D nelle calzature, avendo riferito di aver prodotto oltre 100.000 paia di scarpe con intersuole stampate in 3D.
Tuttavia, Adidas non è l’unica azienda che innova i design dell’intersuola con la stampa 3D. Nel 2019, New Balance ha portato sul mercato un nuovo paio di sneakers con un componente del tallone stampato in 3D nell’intersuola.
Le 990 Sport runner sono il risultato di una nuova piattaforma, TripleCell, che sfrutta la tecnologia SLA di Formlabs e un nuovo materiale proprietario chiamato Rebound Resin. La resina è destinata a sostituire la schiuma di etilene vinil acetato (EVA) stampata tradizionalmente.
Uno dei driver di questo cambiamento è la capacità di progettare diversi livelli di supporto in diverse parti della scarpa. Questo si ottiene posizionando strati di strutture reticolari con densità diverse in tutto il tallone. La stampa 3D è l’unica tecnologia in grado di produrre tali strutture.
Con la sua piattaforma TripleCell, New Balance ha sviluppato un nuovo tipo di tacco elastico e resiliente con la durata e la longevità di un’alternativa stampata a iniezione. Inoltre, la stampa 3D aiuta l’azienda a localizzare la produzione, accelerando i cicli di sviluppo e produzione.
Per il futuro, ci aspettiamo che lo sviluppo in questo spazio continui, con più marchi di calzature che saltano sul carro delle scarpe con intersuole stampate in 3D.
Tomaia stampata in 3D
La tomaia è un componente della scarpa che copre le dita, la parte superiore del piede, i lati del piede e la parte posteriore del tallone. È uno dei due componenti integranti della scarpa insieme alle suole. Le tomaie sono tradizionalmente fatte di tessuto, che può essere impegnativo per le stampanti 3D polimeriche da produrre. Tuttavia, alcuni marchi di scarpe hanno sviluppato approcci per creare tomaie utilizzando plastiche flessibili come il TPU.
Prendiamo Nike Flyprint come esempio: questa tomaia è la prima tomaia tessile stampata in 3D nelle calzature performanti. Presentata per la prima volta l’anno scorso, la tomaia Flyprint è prodotta con l’aiuto del Solid Deposit Modeling (SDM), un processo in cui un filamento di TPU viene fuso e steso in strati sottili.
Un vantaggio della tomaia stampata in 3D di Nike rispetto alle tomaie tradizionalmente tessute, è una maggiore durata del materiale perché gli strati sono fusi insieme, eliminando la resistenza all’attrito comune per un tessuto a maglia o tessuto.
Se si guarda da vicino la struttura del tessuto Flyprint, si noteranno alcuni modelli distinti. La parte anteriore della scarpa presenta un reticolo, mentre i lati ne utilizzano uno molto più ondulato. Un tale design permette alla tomaia di essere più leggera e più traspirante rispetto ai tessuti Nike non stampati in 3D.
Anche altri marchi stanno esplorando la stampa 3D per le tomaie delle scarpe. Per esempio, il marchio indipendente di calzature, Oliver Cabell, sta stampando in 3D le tomaie per le sue sneakers Phoenix da bottiglie d’acqua riciclate. Una tomaia richiede circa sette bottiglie d’acqua, che devono essere prima triturate in scaglie, fuse e formate in lunghi fili di filo. Questi fili vengono poi inseriti in una stampante 3D per creare la tomaia.
La tomaia rimane un’applicazione meno sviluppata per la stampa 3D rispetto alle intersuole. Tuttavia, potrebbe cambiare nel tempo, poiché la stampa 3D potrebbe ridurre significativamente i passaggi necessari e i costi di produzione delle tomaie.
Scarpe stampate al 100% in 3D?
Mentre gli esempi di componenti di scarpe stampate in 3D sono abbondanti, è possibile stampare in 3D intere scarpe?
Per ora, la risposta breve è no. Tuttavia, alcune aziende si stanno avvicinando alla visione di scarpe completamente stampate in 3D. Il marchio cinese di abbigliamento sportivo, PEAK Sports Products, è una di queste aziende. Ha introdotto un nuovo modello di scarpe da ginnastica quasi completamente stampate in 3D nel mercato interno cinese all’inizio di quest’anno.
La tomaia, l’intersuola e la suola delle nuove sneakers FUTURE FUSION PEAK3D sono state create utilizzando una combinazione di SLS (per l’intersuola e la suola), stampa 3D ad estrusione (la tomaia) e un materiale TPU. Tuttavia, la soletta e il tessuto interno sono evidentemente creati con metodi tradizionali.
Oltre alle sneakers, abbiamo visto un sacco di notizie intorno ai sandali stampati in 3D, compresi i sandali di Wiivv, che è stata una delle campagne di stampa 3D più finanziate su Kickstarter.
Tuttavia, sandalo stampato in 3D è un termine improprio, poiché solo alcuni dei componenti dei sandali sono stampati in 3D. Per esempio, nei sandali di Wiivv solo i supporti dell’arco sono apparentemente stampati in 3D, mentre gli altri componenti sono prodotti con mezzi più tradizionali.
La stampa 3D di intere scarpe è un’idea affascinante, ma attualmente non è fattibile.
Per prima cosa, la tecnologia non può sostituire tutti i processi utilizzati nella produzione di scarpe rimanendo economicamente sostenibile. Rispetto alla produzione tradizionale, le tecnologie di stampa 3D sono più lente, meno scalabili e hanno prezzi significativamente più alti per i materiali. Questo rende il raggiungimento della produzione di massa con la stampa 3D un compito impegnativo.
Il secondo problema è associato alla catena del valore della produzione di calzature. La produzione di scarpe comporta la creazione di una forma, che è uno stampo tridimensionale in legno o plastica su cui viene costruita una scarpa.
L’adozione della stampa 3D per le scarpe intere eliminerebbe la necessità di una forma e richiederebbe ai produttori di ripensare completamente la produzione, con un impatto sui fornitori e sulle parti interessate in tutta la catena del valore esistente. La necessità di un significativo cambio di passo è un altro fattore che mette le scarpe stampate in 3D fuori portata, almeno per ora.
Creare nuove opportunità nelle calzature con la stampa 3D
Combinando nuovi materiali e produzione digitale, la stampa 3D sta aprendo la porta a prodotti innovativi per le calzature.
Al momento, la tecnologia sta facilitando la produzione di scarpe sportive ad alte prestazioni e sandali personalizzati attraverso componenti di scarpe stampati in 3D. Questo permette ai marchi di calzature di accelerare il time-to-market mentre esplorano nuovi design e introducono maggiori opzioni di personalizzazione.
Nonostante questi vantaggi, l’uso della stampa 3D nel settore calzaturiero rimane limitato, in quanto la tecnologia attualmente non ha la scalabilità per soddisfare le esigenze intensive e di alta produttività dell’industria calzaturiera.
Detto questo, la stampa 3D delle calzature continuerà ad evolversi, guidata dalle tendenze della produzione digitale e dalla domanda di esperienze personalizzate.
Ovviamente, l’adozione della stampa 3D creerà alcune sfide nella catena del valore delle calzature, e affrontarle richiederà tempo e sforzi. Tuttavia, la ricompensa sotto forma di offerte di prodotti e servizi unici potrebbe valerne la pena. In definitiva, l’industria calzaturiera potrebbe diventare il primo grande adottante della stampa 3D per la produzione di massa di prodotti di consumo.