18. september 2019
3D-printning skaber nye muligheder inden for fodtøjsteknik og gør det muligt for fodtøjsvirksomheder at skabe nye skodesigns og imødekomme den voksende efterspørgsel efter tilpasning af sko.
I henhold til en nylig rapport fra et forskningsfirma, SmarTech Analysis, vil 3D-printning af fodtøj vokse til en indtjeningsmulighed på 9 mia. dollar i løbet af de næste 10 år. Firmaet antyder også, at et segment af 3D-printet fodtøj vil blive det største segment af 3D-printede forbrugerprodukter inden 2030.
Men hvad er drivkraften bag denne enorme mulighed?
I denne uges Application Spotlight-serie dykker vi ned i 3D-print til fodtøj og udforsker de fordele, brugssituationer og tendenser, der former teknologiens fremtid i fodtøjsindustrien.
Få et kig på de andre applikationer, der er dækket i denne serie:
3D-print til varmevekslere
3D-print til lejer
3D-print til fremstilling af cykler
3D-print til digital tandpleje & Fremstilling af clear aligners
3D-print til medicinske implantater
3D-print til raketter og fremtiden for fremstilling af rumfartøjer
3D-print til elektroniske komponenter
3D-print til jernbanebranchen
3D-print i jernbaneindustrien
3D-Printede briller
3D-print til produktion af slutdele
3D-print til konsoller
3D-print til turbinedele
Hvordan 3D-print muliggør bedre fungerende hydrauliske komponenter
Hvordan 3D-print understøtter innovation i kernekraftindustrien
Hvorfor tager skomærker 3D-print til sig?
I øjeblikket udgør indtægterne fra 3D-printning af fodtøj ca. 0,3 % af indtægterne på det globale fodtøjsmarked ifølge SmarTech Analysis. Dette tal forventes at stige til 1,5 % af de samlede globale indtægter fra fodtøj i 2029.
Selv om denne vækst er opmuntrende, er det faktiske tal lille i forhold til de samlede indtægter på markedet for fodtøj. Dette indikerer, at 3D-printning ikke vil erstatte nogen af de etablerede fremstillingsprocesser inden for den nærmeste fremtid.
Det sagt, kan 3D-printet fodtøj blive et af de største segmenter inden for 3D-printning af forbrugerprodukter. Denne udvikling vil primært blive drevet af to vigtige tendenser:
1. Den stigende forbrugerefterspørgsel efter personlige produkter;
2. Et øget fokus på digital fremstilling.
Den stigende efterspørgsel efter personlige produkter
Virkeligheden i dagens forbrugerlandskab er, at forbrugerne efterspørger skræddersyede, personlige oplevelser.
Som svar herpå giver mange fodtøjsvirksomheder kunderne mulighed for at bestille sko med en begrænset grad af tilpasning, f.eks. ved at tilbyde et begrænset udvalg af farver.
3D-printning giver på den anden side virksomhederne mulighed for at frigøre et nyt niveau af tilpasning takket være muligheden for at skabe sko, der er specielt skræddersyet til bæreren.
Ganske vist er potentialet for massetilpasset fodtøj stadig på et tidligt stadie, og fodtøjsvirksomhederne er kun lige begyndt at udvikle strategier til at muliggøre massetilpasning af sko.
Men efterhånden som fodtøjsbrands bliver mere modige med at bruge 3D-printteknologier i produktionen, vil der være flere muligheder for personlig tilpasning.
Øget fokus på digital fremstilling
En anden vigtig drivkraft for udbredelsen af 3D-printning af fodtøj er digitaliseringen og automatiseringen af produktionen.
Fremstilling af sko er en arbejdskraftintensiv proces i flere trin, og en stor del af produktionsprocessen er stadig manuel. Det kræver en masse specialiserede maskiner og arbejdere at fremstille separate dele og sætte dem sammen for at skabe et færdigt par sko.
Med dette in mente søger fodtøjsvirksomhederne efter nye måder at optimere fremstillingsprocessen på.
3D-printning tilbyder et ideelt alternativ ved at sætte fodtøjsvirksomhederne i stand til at strømline produktionen af visse skokomponenter.
I modsætning til traditionelle fremstillingsprocesser kræver 3D-printing ikke yderligere værktøj for at skabe en del. I stedet indebærer processen, at der oprettes en digital model og fastsættes parametre, f.eks. udskrivningshastighed og delens orientering, på byggeplatformen ved hjælp af et specialiseret softwareprogram.
Modellen sendes derefter til en 3D-printer, hvor et andet softwareprogram automatisk styrer udskrivningsprocessen i henhold til den digitale model og de forudindstillede parametre. Dette gør 3D-printning til en rent digital fremstillingsteknologi.
Det betyder også, at produktionen kan strømlines, samtidig med at det manuelle arbejde, der er involveret i skomagerprocessen, reduceres.
Alle de store skomærker har brugt 3D-printing til prototype- og støbningsapplikationer i over et årti nu. I de seneste år er 3D-printning dog i stigende grad blevet anvendt til at fremstille funktionelle fodtøjskomponenter.
Produktion af dele som f.eks. mellemsåler til sneakers har været den mest succesfulde anvendelse af 3D-print til fodtøj til dato. Nogle mærker bruger teknologien til at fremstille mellemsåler og indlægssåler til sneakers, mens andre eksperimenterer med 3D-printede overdele til sneakers og komponenter til sandaler.
Hvilke 3D-printteknologier anvendes til fremstilling af fodtøj?
Den mest almindelige gruppe af 3D-printteknologier, der anvendes til fremstilling af fodtøj i dag, er fotopolymerisering i kar. Denne gruppe omfatter harpiksbaserede teknologier som stereolitografi og Digital Light Processing og Carbon’s Digital Light Synthesis (DLS).
Disse teknologier er baseret på en lignende proces, hvor en lyskilde (en laser, en projektor eller lysemitterende dioder) påføres en flydende harpiks lag for lag, hvilket får den til at størkne.
Høj nøjagtighed, hurtige udskrivningshastigheder og kompatibilitet med fleksible og fjedrende materialer som TPU, silikone og elastisk polyurethan, der er typiske for sportssko, har gjort harpiksbaserede 3D-printteknologier til en levedygtig produktionsløsning.
Ud over de harpiksbaserede teknologier anvender skomagere også pulverbaserede teknologier som Selective Laser Sintering (SLS) og HP’s Multi Jet Fusion (MJF).
Disse er også optimeret til at arbejde med elastomere materialer og giver en høj udskrivningshastighed. I modsætning til de harpiksbaserede teknologier, der typisk anvendes til mellemsåler, anvendes SLS og MJF dog mere almindeligt til produktion af indlægssåler.
Materialeudvikling til 3D-printet fodtøj
En vellykket anvendelse af 3D-printning til produktion af fodtøj kræver materialer af produktionskvalitet, som 3D-printindustrien indtil for nylig har manglet.
Den seneste udvikling inden for fodtøjsvenlige, 3D-printbare materialer har åbnet døren for flere produktionsanvendelser. Disse fremskridt er i høj grad blevet drevet frem af et tæt samarbejde mellem teknologileverandører og skomærker.
For eksempel har Carbon arbejdet sammen med Adidas om at udvikle et elastomerisk polyurethanmateriale, der anvendes til mellemsålene i Adidas’ FutureCraft-sneakers.
Sådan har New Balance indgået et samarbejde med Formlabs, en producent af desktop SLA 3D-printere, om at fremstille højtydende 3D-printmaterialer, der egner sig til fodtøj. Sammen har de introduceret en ny proprietær fotopolymerharpiks, Rebound Resin, som er designet til at skabe fjedrende og stærke gitterstrukturer.
Når materialet er printet, viser det angiveligt den samme holdbarhed og pålidelighed som sprøjtestøbte termoplastmaterialer.
Fordelene ved 3D-printning inden for fodtøj
Kortere tid til markedsføring
En af de største udfordringer ved produktion af fodtøj er de omkostninger og den tid, der kræves for at skabe støbeforme til sålenheder.
Hver skostørrelse kræver en individuel støbeform, som kan koste tusindvis af dollars at fremstille. Desuden har fremstilling af støbeforme lange leveringstider, hvilket kræver flere måneders kommunikation frem og tilbage mellem mærket og fabrikkerne.
Det er derimod ikke nødvendigt med 3D-printing, og skokomponenter kan oprettes direkte fra en designfil, hvilket gør det muligt for skomagere at bringe nye sko meget hurtigere på markedet.
For eksempel bruger Adidas automatiserede teknologier til fremstilling af sko, herunder 3D-printing, i sine Speedfactories i Tyskland og Nordamerika. 3D-printning anvendes til at skabe mellemsåler til Adidas’ Futurecraft- og Alphaedges 4D-løbesko.
Kombinationen af 3D-printning, automatisering og lokaliseret produktion gør det angiveligt muligt for Adidas at bringe produktet på markedet tre gange hurtigere end med traditionel produktion.
Innovative designs
3D-printning gør det muligt for fodtøjsbrands at udforske og implementere nye designfunktioner til sko. Tænk på mellemsålen: Traditionelt er den lavet som et solidt stykke med den samme grad af støtte i hele skoen.
Med 3D-printning kan skoens ydeevne forbedres betydeligt takket være muligheden for at skabe mellemsåler med gitterstrukturer, som det ville være umuligt at sprøjtestøbe.
Disse strukturer kan designes til at have forskellige tætheder i en mellemsål. Ved at indstille forskellige områder af en mellemsål kan designerne optimere dæmpningsegenskaberne i hele skoen og dermed skabe fodtøj med højere ydeevne.
Apasning
En anden fordel ved 3D-printning er muligheden for at skabe sko, der er skræddersyet til bærerens fødder.
For at skabe et par skræddersyede sko bruger virksomhederne typisk 3D-scanning til at registrere de individuelle mål på en kundes fødder.
Baseret på scanningerne genererer designere et design af skokomponenter, som f.eks. mellemsåler eller indlægssåler, der opfylder kundens særlige kendetegn. Designet sendes derefter til en 3D-printer med henblik på direkte fremstilling.
Den danske skodesigner ECCO bruger denne fremgangsmåde til at udvide den personlige oplevelse for sine kunder. Sidste år introducerede skomageren QUANT-U-projektet til tilpasning af fodtøj, som ledes af ECCO’s Innovation Lab (ILE). Projektet finder sted i ECCO’s eksperimentelle konceptbutik, W-21, i Amsterdam og giver et indblik i, hvordan fremtidens produktion af fodtøj kan se ud.
W-21-butikken udnytter 3D-printing til at give kunder, der kommer til butikken, skræddersyede sko inden for få timer.
Det er en proces i tre trin, som begynder med at indsamle kundedata ved hjælp af 3D-scanning og bærbare sensorer. Dataene omfatter målinger som f.eks. buekonturer, fodlængde, bredde og volumen, tåafstand og kropsvægt fordelt på kundernes såler.
Dataene fortolkes og oversættes derefter til et design af mellemsålen, der er skræddersyet til kundens fødder. Designfilen sendes til en 3D-printer på stedet, som producerer mellemsålen i et silikonemateriale. Efterfølgende integreres de 3D-printede mellemsåler i ECCO’s Flexure-sko for at tilbyde en perfekt pasform til en kunde.
På nuværende tidspunkt er QUANT-U-projektet kun tilgængeligt for en udvalgt kundekreds. Hvis det viser sig at være en kommerciel succes, kan den grad af tilpasning, som projektet tilbyder, give fysiske butikker en konkurrencefordel i en verden, der er domineret af onlinehandel.
Eksempler på 3D-print i fodtøjsindustrien
3D-printede mellemsåler
Mellemsåler – det stødabsorberende lag mellem den indre og den ydre sål – er måske det mest omtalte eksempel på 3D-print i fodtøj.
For det første har sneakers med 3D-printede mellemsåler været et af de første forbrugerprodukter, der er blevet masseproduceret ved hjælp af additiv fremstilling. I 2019 er Adidas stadig i spidsen for 3D-print i fodtøj og har angiveligt produceret over 100 000 par sko med 3D-printede mellemsåler.
Adidas er dog ikke den eneste virksomhed, der innoverer mellemsålsdesigns med 3D-printning. I 2019 bragte New Balance et par nye sneakers på markedet med en 3D-printet hælkomponent i mellemsålen.
Den 990 Sport løbeskoene er resultatet af en ny platform, TripleCell, som udnytter Formlabs’ SLA-teknologi og et nyt proprietært materiale kaldet Rebound Resin. Harpiksen er beregnet til at erstatte traditionelt støbt ethylenvinylacetat (EVA)-skum.
En af drivkræfterne bag denne ændring er muligheden for at designe forskellige niveauer af støtte på tværs af forskellige dele af skoen. Dette opnås ved at placere lag af gitterstrukturer med varierende tætheder i hele hælen. 3D-printning er den eneste teknologi, der er i stand til at fremstille sådanne strukturer.
Med TripleCell-platformen har New Balance udviklet en ny type fjedrende og elastisk hæl med samme holdbarhed og lang levetid som et sprøjtestøbt alternativ. Det er vigtigt, at 3D-printing også hjælper virksomheden med at lokalisere fremstillingen, hvilket fremskynder udviklings- og produktionscyklusserne.
Fremadrettet forventer vi, at udviklingen på dette område vil fortsætte, og at flere fodtøjsmærker vil hoppe med på vognen af sko med 3D-printede mellemsåler.
3D-printede overdele
En overdel er en skokomponent, der dækker tæerne, oversiden af foden, siderne af foden og bagsiden af hælen. Det er en af de to integrerede skokomponenter ved siden af sålerne. Overdele er traditionelt fremstillet af tekstil, hvilket kan være en udfordring for polymer 3D-printere at fremstille. Nogle skomærker har dog udviklet metoder til at skabe overdele ved hjælp af fleksible plastmaterialer som TPU.
Tag Nike Flyprint som et eksempel: Denne overdel er den første 3D-printede tekstiloverdel i præstationsfodtøj. Flyprint-overdelen, der blev afsløret sidste år, fremstilles ved hjælp af Solid Deposit Modeling (SDM), en proces, hvor en TPU-tråd smeltes og lægges ned i tynde lag.
En fordel ved Nikes 3D-printede overdel i forhold til traditionelt vævede overdele er større holdbarhed, fordi lagene er smeltet sammen, hvilket eliminerer den gnidningsmodstand, der er almindelig for strikkede eller vævede tekstiler.
Hvis du kigger nærmere på strukturen af Flyprint-stoffet, vil du bemærke et par tydelige mønstre. På forsiden af skoen er der et gitter, mens siderne bruger et, der er meget mere bølgelignende. Et sådant design gør det muligt for overdelen at være lettere og mere åndbar end Nike’s tekstiler med ikke-3D-printede tekstiler.
Andre mærker udforsker også 3D-print til skooverdele. Det uafhængige fodtøjsmærke Oliver Cabell 3D-printer f.eks. overdelene til sine Phoenix-sneakers af genbrugte vandflasker. En skooverdel kræver ca. syv vandflasker, som først skal flækkes til flager, smeltes og formes til lange garntråde. Disse tråde føres derefter til en 3D-printer for at skabe overdelen.
Overdele er stadig et mindre udviklet anvendelsesområde for 3D-printning sammenlignet med mellemsåler. Det kan dog ændre sig med tiden, da 3D-printning kan reducere de nødvendige trin og omkostninger ved produktion af overdele betydeligt.
100 % 3D-printede sko?
Mens der findes masser af eksempler på 3D-printede skokomponenter, er det så muligt at 3D-printe hele sko?
For nu er det korte svar nej. Nogle virksomheder er dog ved at nærme sig visionen om fuldt 3D-printede sko. Det kinesiske sportstøjsmærke PEAK Sports Products er en af disse virksomheder. Det introducerede en ny model af næsten fuldt 3D-printede sneakers på det kinesiske hjemmemarked tidligere i år.
Overdelen, mellemsålen og ydersålen på de nye FUTURE FUSION PEAK3D-sneakers er blevet skabt ved hjælp af en kombination af SLS (til mellemsålen og sålen), 3D-printning ved ekstrudering (overdelen) og et TPU-materiale. Dog er indersålen og det indvendige tekstil tydeligvis skabt ved hjælp af traditionelle metoder.
Ud over sneakers har vi set mange nyheder omkring 3D-printede sandaler, herunder Wiivv’s sandaler, som var en af de mest finansierede 3D-printkampagner på Kickstarter.
Den 3D-printede sandal er dog en misvisende betegnelse, da kun nogle af sandalernes komponenter er 3D-printet. For eksempel er det i Wiivvs sandaler tilsyneladende kun buestøtterne, der er 3D-printet, mens andre komponenter er fremstillet på mere traditionel vis.
3D-print af hele sko er en fascinerende idé, men den er på nuværende tidspunkt stadig ikke gennemførlig.
For det første kan teknologien ikke erstatte alle de processer, der anvendes i skofremstilling, samtidig med at den forbliver økonomisk levedygtig. Sammenlignet med traditionel fremstilling er 3D-printteknologier langsommere, mindre skalerbare og har betydeligt højere priser på materialer. Dette gør det til en udfordrende opgave at opnå masseproduktion med 3D-printning.
Det andet problem er forbundet med værdikæden for fremstilling af fodtøj. Skofremstilling omfatter skabelsen af en form, som er en 3-dimensional træ- eller plastikform, som skoen konstrueres på.
Det vil ikke længere være nødvendigt at anvende 3D-printning til hele sko, og det vil kræve, at producenterne helt nytænker produktionen, hvilket vil få konsekvenser for leverandører og interessenter i hele den eksisterende værdikæde. Behovet for en betydelig ændring er en anden faktor, der gør, at 3D-printede sko er uden for rækkevidde, i hvert fald indtil videre.
Skabelse af nye muligheder inden for fodtøj med 3D-printning
Gennem kombinationen af nye materialer og digital fremstilling åbner 3D-printning døren for innovative fodtøjsprodukter.
For øjeblikket gør teknologien det lettere at fremstille højtydende sportssko og skræddersyede sandaler ved hjælp af 3D-printede skokomponenter. Dette giver fodtøjsbrands mulighed for at fremskynde time-to-market, samtidig med at de udforsker nye designs og introducerer større muligheder for tilpasning.
På trods af disse fordele er brugen af 3D-printning i fodtøj fortsat begrænset, da teknologien i øjeblikket ikke har den nødvendige skalerbarhed til at imødekomme de intensive og højproduktive behov i skoindustrien.
Det sagt vil 3D-printning af fodtøj fortsat udvikle sig, drevet af tendenserne inden for digital fremstilling og efterspørgslen efter personlige oplevelser.
Det er klart, at indførelsen af 3D-printning vil skabe nogle udfordringer i fodtøjsværdikæden, og det vil kræve tid og kræfter at løse dem. Belønningen i form af unikke produkt- og servicetilbud kan dog være det hele værd. I sidste ende kan fodtøjsindustrien blive den første store bruger af 3D-print til masseproduktion af forbrugerprodukter.