18. září 2019
3D tisk utváří nové možnosti v obuvnickém inženýrství a umožňuje obuvnickým společnostem vytvářet nové designy obuvi a reagovat na rostoucí poptávku po přizpůsobení.
Podle nedávné zprávy výzkumné společnosti SmarTech Analysis se 3D tisk obuvi v příštích 10 letech rozroste na příležitost k příjmům ve výši 9 miliard dolarů. Firma rovněž předpokládá, že segment 3D tištěné obuvi se do roku 2030 stane největším segmentem spotřebitelských produktů vyráběných 3D tiskem.
Co však tuto obrovskou příležitost pohání?
V tomto týdnu se v seriálu Application Spotlight ponoříme do 3D tisku obuvi a prozkoumáme výhody, případy použití a trendy, které formují budoucnost této technologie v obuvnickém průmyslu.
Podívejte se na další aplikace, kterým se věnujeme v tomto seriálu:
3D tisk pro výměníky tepla
3D tisk pro ložiska
3D tisk pro výrobu jízdních kol
3D tisk pro digitální stomatologii &výroba průhledných rovnátek
3D tisk pro lékařské implantáty
3D tištěné rakety a budoucnost výroby kosmických lodí
3D tisk pro elektronické součástky
3D tisk v železničním průmyslu
3D-tištěné brýle
3D tisk pro výrobu koncových dílů
3D tisk pro konzoly
3D tisk pro součásti turbín
Jak 3D tisk umožňuje vyrábět výkonnější hydraulické komponenty
Jak 3D tisk podporuje inovace v jaderné energetice
Proč značky obuvi zavádějí 3D tisk?
V současné době tvoří tržby z 3D tisku obuvi přibližně 0,3 % tržeb na světovém trhu s obuví, uvádí společnost SmarTech Analysis. Do roku 2029 se toto číslo zvýší na 1,5 % celkových globálních tržeb z prodeje obuvi.
Ačkoli je tento růst povzbudivý, ve srovnání s celkovými tržbami na trhu s obuví je skutečné číslo malé. To naznačuje, že 3D tisk v dohledné době nenahradí žádný ze zavedených výrobních procesů.
To znamená, že 3D tiskem vyrobená obuv by se mohla stát jedním z největších segmentů 3D tisku spotřebních výrobků. Tento vývoj bude poháněn především dvěma klíčovými trendy:
1. Rostoucí poptávka spotřebitelů po personalizovaných výrobcích;
2. Zvýšený důraz na digitální výrobu.
Rostoucí poptávka po personalizovaných výrobcích
Realita dnešního spotřebitelského prostředí je taková, že spotřebitelé požadují individuální, personalizované zážitky.
V reakci na to mnoho obuvnických společností umožňuje zákazníkům objednávat obuv s omezenou mírou přizpůsobení, například tím, že nabízí omezený výběr barev.
3D tisk naproti tomu umožňuje společnostem odemknout novou úroveň přizpůsobení díky možnosti vytvořit boty speciálně na míru nositeli.
Přiznejme, že potenciál masově přizpůsobené obuvi je zatím v rané fázi a obuvnické společnosti teprve začínají vyvíjet strategie umožňující masové přizpůsobení obuvi.
Jak se však budou obuvnické značky osmělovat s využíváním technologií 3D tisku ve výrobě, bude možností personalizace přibývat.
Zvýšený důraz na digitální výrobu
Dalším klíčovým faktorem pro zavádění 3D tisku obuvi je digitalizace a automatizace výroby.
Výroba obuvi je několikastupňový proces náročný na pracovní sílu a velká část výrobního procesu je stále manuální. Vyžaduje mnoho specializovaných strojů a pracovníků, kteří vyrábějí jednotlivé kusy a spojují je dohromady, aby vznikl hotový pár obuvi.
Vzhledem k tomu hledají obuvnické společnosti nové způsoby, jak výrobní proces optimalizovat.
3D tisk nabízí ideální alternativu, protože umožňuje obuvnickým společnostem zefektivnit výrobu některých součástí obuvi.
Na rozdíl od tradičních výrobních procesů nevyžaduje 3D tisk k vytvoření dílu další nástroje. Místo toho proces zahrnuje vytvoření digitálního modelu a nastavení parametrů, jako je rychlost tisku a orientace dílu, na konstrukční platformě pomocí specializované softwarové aplikace.
Model je poté odeslán do 3D tiskárny, kde další softwarová aplikace automaticky řídí proces tisku podle digitálního modelu a předem nastavených parametrů. Tím se 3D tisk stává čistě digitální výrobní technologií.
To také znamená, že lze zefektivnit výrobu a zároveň omezit ruční práci při výrobě obuvi.
Všechny významné obuvnické značky používají 3D tisk pro výrobu prototypů a forem již více než deset let. V posledních letech se však 3D tisk stále více uplatňuje při výrobě funkčních součástí obuvi.
Výroba dílů, jako jsou mezipodešve pro tenisky, byla doposud nejúspěšnější aplikací 3D tisku v oblasti obuvi. Některé značky používají tuto technologii k výrobě mezipodešví a stélek do tenisek, zatímco jiné experimentují s 3D tiskem svršků tenisek a součástí sandálů.
Jaké technologie 3D tisku se používají při výrobě obuvi
Nejběžnější skupinou technologií 3D tisku, které se dnes používají při výrobě obuvi, je fotopolymerizace v kádích. Tato skupina zahrnuje technologie na bázi pryskyřice, jako je stereolitografie a digitální zpracování světla a digitální světelná syntéza (DLS) společnosti Carbon.
Tyto technologie jsou založeny na podobném procesu, kdy se na tekutou pryskyřici vrstvu po vrstvě aplikuje zdroj světla (laser, projektor nebo světelné diody), který způsobí její ztuhnutí.
Vysoká přesnost, vysoká rychlost tisku a kompatibilita s pružnými a elastickými materiály, jako jsou TPU, silikon a elastický polyuretan, typické pro sportovní obuv, učinily z technologií 3D tisku na bázi pryskyřice životaschopné výrobní řešení.
Kromě technologií na bázi pryskyřice si výrobci obuvi osvojují také technologie na bázi prášku, jako je selektivní laserové spékání (SLS) a technologie Multi Jet Fusion (MJF) společnosti HP.
Ty jsou rovněž optimalizovány pro práci s elastomerními materiály a nabízejí vysokou rychlost tisku. Na rozdíl od technologií na bázi pryskyřice, které se obvykle používají pro výrobu mezipodešví, se však SLS a MJF používají spíše při výrobě vložek.
Vývoj materiálů pro 3D tisk obuvi
Úspěšné využití 3D tisku při výrobě obuvi vyžaduje materiály vhodné pro výrobu, které donedávna v odvětví 3D tisku chyběly.
Nedávný pokrok v oblasti materiálů vhodných pro 3D tisk obuvi otevřel dveře pro další výrobní aplikace. Tento pokrok byl do značné míry podpořen úzkou spoluprací mezi poskytovateli technologií a obuvnickými značkami.
Například společnost Carbon spolupracovala s firmou Adidas na vývoji elastomerního polyuretanového materiálu, který se používá pro mezipodešev v teniskách FutureCraft značky Adidas.
Podobně společnost New Balance spolupracuje se společností Formlabs, výrobcem stolních 3D tiskáren SLA, na výrobě vysoce výkonných materiálů pro 3D tisk vhodných pro obuv. Společně představily novou patentovanou fotopolymerní pryskyřici Rebound Resin, která je určena k vytváření pružných a pevných mřížkových struktur.
Po vytištění materiál údajně vykazuje stejnou odolnost a spolehlivost jako vstřikované termoplasty.
Přínosy 3D tisku v obuvi
Rychlejší uvedení na trh
Jedním z největších problémů při výrobě obuvi jsou náklady a čas potřebný k vytvoření forem jednotek podešve.
Každá velikost obuvi vyžaduje individuální formu, jejíž vytvoření může stát tisíce dolarů. Výroba forem má navíc dlouhé dodací lhůty, které vyžadují několikaměsíční komunikaci mezi značkou a továrnami.
Naproti tomu 3D tisk formy nevyžaduje a součásti obuvi lze vytvářet přímo ze souboru návrhu, což umožňuje výrobcům obuvi uvádět nové boty na trh mnohem rychleji.
Například společnost Adidas využívá automatizované technologie výroby obuvi, včetně 3D tisku, ve svých továrnách Speedfactories v Německu a Severní Americe. Pomocí 3D tisku se vytvářejí mezipodešve pro běžecké boty Adidas Futurecraft a Alphaedge 4D.
Kombinace 3D tisku, automatizace a lokalizované výroby údajně umožňuje společnosti Adidas uvést výrobek na trh třikrát rychleji než při tradiční výrobě.
Inovativní návrhy
3D tisk umožňuje značkám obuvi zkoumat a implementovat nové konstrukční prvky obuvi. Vezměme si mezipodešev: tradičně se vyrábí jako pevný kus se stejným stupněm podpory v celé botě.
Pomocí 3D tisku lze podstatně zlepšit výkonnost obuvi díky možnosti vytvářet mezipodešve s mřížkovou strukturou, kterou by nebylo možné vstřikovat.
Tyto struktury lze navrhnout tak, aby měly v mezipodešvi různou hustotu. Vyladěním různých oblastí mezipodešve mohou návrháři optimalizovat tlumicí vlastnosti v celé botě, a vytvořit tak výkonnější obuv.
Přizpůsobení na míru
Další výhodou 3D tisku je možnost vytvořit obuv na míru nohám uživatele.
Pro vytvoření páru bot na míru společnosti obvykle používají 3D skenování, které zachycuje individuální rozměry nohou zákazníka.
Na základě skenů designéři vygenerují návrh komponentů obuvi, jako jsou mezipodešve nebo stélky, které odpovídají zvláštnostem zákazníka. Návrh je poté odeslán do 3D tiskárny k přímé výrobě.
Dánský návrhář obuvi ECCO využívá tento přístup k rozšíření personalizovaného zážitku pro své zákazníky. V loňském roce obuvník představil projekt QUANT-U pro přizpůsobení obuvi na míru, který vede inovační laboratoř ECCO (ILE). Projekt probíhá v experimentální koncepční prodejně ECCO W-21 v Amsterdamu a nabízí pohled na to, jak by mohla vypadat budoucnost výroby obuvi.
Obchůdek W-21 využívá 3D tisk k tomu, aby zákazníkům, kteří přicházejí, poskytl boty na míru během několika hodin.
To umožňuje třístupňový proces, který začíná sběrem dat zákazníků prostřednictvím 3D skenování a nositelných senzorů. Data zahrnují měření, jako jsou obrysy klenby, délka, šířka a objem chodidla, rozteč prstů a tělesná hmotnost rozložená na chodidlech zákazníků.
Tato data jsou následně interpretována a převedena do návrhu mezipodešve, který je přizpůsoben chodidlům zákazníka. Soubor návrhu se odešle do 3D tiskárny na místě, která vyrobí mezipodešev ze silikonového materiálu. Následně jsou mezipodešve vytištěné ve 3D integrovány do obuvi ECCO Flexure a nabízejí tak dokonalé přizpůsobení zákazníkovi.
V současné době je projekt QUANT-U k dispozici pouze vybraným zákazníkům. Pokud se ukáže jako komerčně úspěšný, mohla by úroveň přizpůsobení, kterou projekt nabízí, poskytnout kamenným obchodům konkurenční výhodu ve světě, kterému dominuje nakupování online.
Příklady 3D tisku v obuvnickém průmyslu
Podrážky s 3D tiskem
Podrážky – vrstva tlumící nárazy mezi vnitřní a vnější podrážkou – jsou pravděpodobně nejvíce medializovaným příkladem 3D tisku v obuvi.
Například tenisky s mezipodešví vytištěnou 3D tiskem byly jedním z prvních spotřebitelských výrobků, které byly masově vyráběny pomocí aditivní výroby. V roce 2019 zůstává v čele 3D tisku v obuvi společnost Adidas, která údajně vyrobila více než 100 000 párů bot s mezipodešví vytištěnou 3D tiskem.
Společnost Adidas však není jedinou firmou, která inovuje konstrukce mezipodešví pomocí 3D tisku. V roce 2019 přinesla společnost New Balance na trh nový pár tenisek s 3D tištěným komponentem v mezipodešvi.
Běžecké tenisky 990 Sport jsou výsledkem nové platformy TripleCell, která využívá technologii SLA společnosti Formlabs a nový patentovaný materiál nazvaný Rebound Resin. Pryskyřice má nahradit tradičně tvarovanou ethylenvinylacetátovou (EVA) pěnu.
Jedním z podnětů pro tuto změnu je možnost navrhovat různé úrovně podpory v různých částech boty. Toho je dosaženo umístěním vrstev mřížkových struktur s různou hustotou po celé patě. Jedinou technologií, která je schopna takové struktury vyrobit, je 3D tisk.
Pomocí platformy TripleCell vyvinula společnost New Balance nový typ pružné a odpružené paty s odolností a životností vstřikované alternativy. Důležité je, že 3D tisk také pomáhá společnosti lokalizovat výrobu, čímž urychluje vývojové a výrobní cykly.
Do budoucna očekáváme, že vývoj v této oblasti bude pokračovat a na vlnu obuvi s 3D tištěnou mezipodešví naskočí další značky obuvi.
Svršky s 3D tiskem
Svršek je součást obuvi, která pokrývá prsty, nárt, boky chodidla a zadní část paty. Je to jedna ze dvou nedílných součástí obuvi vedle podrážky. Svršky se tradičně vyrábějí z textilu, jehož výroba může být pro polymerové 3D tiskárny náročná. Některé značky obuvi však vyvinuly přístupy k vytváření svršků pomocí pružných plastů, jako je TPU.
Příklad Nike Flyprint: tento svršek je prvním 3D tištěným textilním svrškem ve výkonnostní obuvi. Svršky Flyprint, které byly poprvé představeny v loňském roce, se vyrábějí pomocí technologie Solid Deposit Modeling (SDM), což je proces, při němž se TPU vlákno roztaví a pokládá v tenkých vrstvách.
Jednou z výhod 3D tištěných svršků Nike oproti tradičně tkaným svrškům je větší odolnost materiálu, protože vrstvy jsou spojeny dohromady, čímž se eliminuje třecí odpor běžný pro pletené nebo tkané textilie.
Pokud se pozorně podíváte na strukturu tkaniny Flyprint, všimnete si několika výrazných vzorů. V přední části boty se nachází mřížka, zatímco na bocích je použit vzor, který je mnohem více vlnkovitý. Taková konstrukce umožňuje, aby byl svršek lehčí a prodyšnější než textilie Nike bez 3D potisku.
3D tisk svršků obuvi zkoumají i další značky. Například nezávislá značka obuvi Oliver Cabell tiskne 3D tiskem svršky pro své tenisky Phoenix z recyklovaných lahví od vody. Na jeden svršek boty je potřeba asi sedm lahví od vody, které je třeba nejprve rozdrtit na vločky, roztavit a zformovat do dlouhých vláken příze. Tato vlákna se poté vloží do 3D tiskárny, kde se vytvoří svršek.
Svršky zůstávají ve srovnání s mezipodešvemi méně rozvinutou aplikací 3D tisku. To se však může časem změnit, protože 3D tisk by mohl výrazně snížit potřebné kroky a náklady na výrobu svršků.
100% boty vytištěné 3D tiskem?
Příkladů 3D tištěných komponentů obuvi je sice mnoho, ale je možné 3D tisknout celé boty?
Prozatím je stručná odpověď záporná. Některé společnosti se však k vizi plně 3D tištěné obuvi přibližují. Jednou z takových společností je čínská značka sportovního oblečení PEAK Sports Products. Začátkem letošního roku představila na domácím čínském trhu nový model téměř plně 3D tištěných tenisek.
Svršek, mezipodešev a podrážka nových tenisek FUTURE FUSION PEAK3D byly vytvořeny kombinací SLS (pro mezipodešev a podrážku), extruzního 3D tisku (svršek) a materiálu TPU. Stélka a vnitřní textilie jsou však zřejmě vytvořeny tradičními metodami.
Kromě tenisek jsme zaznamenali mnoho novinek kolem 3D tištěných sandálů, včetně sandálů Wiivv, které byly jednou z nejvíce financovaných 3D tiskových kampaní na Kickstarteru.
Sandály vytištěné 3D tiskem je však nesprávné označení, protože 3D tiskem jsou vytištěny pouze některé součásti sandálů. Například u sandálů Wiivv jsou zřejmě 3D tištěny pouze podpěry klenby, zatímco ostatní komponenty jsou vyráběny tradičnějšími prostředky.
3D tisk celých bot je fascinující nápad, ale v současné době zůstává nerealizovatelný.
Například tato technologie nemůže nahradit všechny procesy používané při výrobě obuvi a zároveň zůstat ekonomicky životaschopná. Ve srovnání s tradiční výrobou jsou technologie 3D tisku pomalejší, méně škálovatelné a mají výrazně vyšší ceny materiálů. Proto je dosažení masové výroby pomocí 3D tisku náročným úkolem.
Druhý problém je spojen s hodnotovým řetězcem výroby obuvi. Výroba obuvi zahrnuje vytvoření stélky, což je trojrozměrná dřevěná nebo plastová forma, na které je bota zkonstruována.
Přijetí 3D tisku pro celou obuv by odstranilo potřebu kopyta a vyžadovalo by, aby výrobci zcela přehodnotili výrobu, což by mělo dopad na dodavatele a zúčastněné strany v celém stávajícím hodnotovém řetězci. Potřeba výrazné změny je dalším faktorem, kvůli kterému je obuv vyrobená 3D tiskem přinejmenším prozatím nedostupná.
Vytváření nových příležitostí v oblasti obuvi pomocí 3D tisku
Kombinací nových materiálů a digitální výroby otevírá 3D tisk dveře inovativním výrobkům z obuvi.
V současné době tato technologie usnadňuje výrobu vysoce výkonné sportovní obuvi a sandálů na míru prostřednictvím 3D tištěných součástí obuvi. To umožňuje značkám obuvi urychlit dobu uvedení na trh a zároveň zkoumat nové designy a zavádět větší možnosti přizpůsobení.
I přes tyto výhody zůstává využití 3D tisku v obuvnickém průmyslu omezené, protože tato technologie v současné době nemá dostatečnou škálovatelnost, aby mohla vyhovět intenzivním a vysoce produktivním potřebám obuvnického průmyslu.
Také 3D tisk obuvi se bude i nadále vyvíjet, a to díky trendům v digitální výrobě a poptávce po personalizovaných zážitcích.
Přijetí 3D tisku samozřejmě vyvolá v hodnotovém řetězci výroby obuvi určité problémy, jejichž řešení si vyžádá čas a úsilí. Odměna v podobě jedinečných nabídek výrobků a služeb však může stát za to. Nakonec by se obuvnický průmysl mohl stát prvním významným uživatelem 3D tisku pro masovou výrobu spotřebitelských výrobků.
.