18 de septiembre de 2019
La impresión 3D está dando forma a nuevas posibilidades en la ingeniería del calzado, permitiendo a las empresas de calzado crear nuevos diseños de zapatillas y abordar la creciente demanda de personalización.
Según un informe reciente de una empresa de investigación, SmarTech Analysis, la impresión 3D en el calzado está llamada a convertirse en una oportunidad de ingresos de 9.000 millones de dólares en los próximos 10 años. La empresa también sugiere que el segmento de calzado impreso en 3D se convertirá en el mayor segmento de productos de consumo impresos en 3D para 2030.
¿Pero qué está impulsando esta enorme oportunidad?
En la serie de aplicaciones destacadas de esta semana, nos sumergimos en la impresión 3D para el calzado, explorando los beneficios, los casos de uso y las tendencias que dan forma al futuro de la tecnología en la industria del calzado.
Eche un vistazo a las demás aplicaciones que se tratan en esta serie:
Impresión 3D para intercambiadores de calor
Impresión 3D para rodamientos
Impresión 3D para la fabricación de bicicletas
Impresión 3D para la odontología digital &Fabricación de alineadores transparentes
Impresión 3D para implantes médicos
Cohetes impresos en 3D y el futuro de la fabricación de naves espaciales
Impresión 3D para componentes electrónicos
Impresión 3D en la industria ferroviaria
3D-.Gafas impresas
Impresión 3D para la producción de piezas finales
Impresión 3D para soportes
Impresión 3D para piezas de turbinas
Cómo la impresión 3D permite mejorar el rendimiento de los componentes hidráulicos
Cómo la impresión 3D apoya la innovación en la industria de la energía nuclear
¿Por qué las marcas de calzado están adoptando la impresión 3D?
Actualmente, los ingresos de la impresión 3D en el calzado representan aproximadamente el 0,3% de los ingresos del mercado mundial del calzado, según SmarTech Analysis. Se prevé que esta cifra aumente hasta el 1,5% de los ingresos globales del calzado en 2029.
Aunque este crecimiento es alentador, la cifra real es pequeña en comparación con los ingresos totales del mercado del calzado. Esto indica que la impresión 3D no sustituirá a ninguno de los procesos de fabricación establecidos a corto plazo.
Dicho esto, el calzado impreso en 3D podría convertirse en uno de los mayores segmentos de la impresión 3D de productos de consumo. Esta evolución estará impulsada principalmente por dos tendencias clave:
1. La creciente demanda de productos personalizados por parte de los consumidores;
2. Una mayor atención a la fabricación digital.
La creciente demanda de productos personalizados
La realidad del panorama de consumo actual es que los consumidores exigen experiencias a medida y personalizadas.
En respuesta, muchas empresas de calzado permiten a los clientes pedir zapatos con una cantidad limitada de personalización, por ejemplo, ofreciendo una selección limitada de colores.
La impresión en 3D, en cambio, permite a las empresas alcanzar un nuevo nivel de personalización gracias a la capacidad de crear zapatos específicamente adaptados al usuario.
Hay que reconocer que el potencial del calzado personalizado en masa está todavía en sus primeras etapas, y las empresas de calzado están empezando a desarrollar estrategias para permitir la personalización del calzado en masa.
Sin embargo, a medida que las marcas de calzado se atrevan a utilizar las tecnologías de impresión 3D en la producción, habrá más opciones de personalización.
Un mayor enfoque en la fabricación digital
Otro factor clave para la adopción de la impresión 3D en el calzado es la digitalización y la automatización de la producción.
La fabricación de calzado es un proceso de varios pasos que requiere mucha mano de obra, y gran parte del proceso de producción sigue siendo manual. Requiere muchas máquinas y trabajadores especializados para fabricar piezas separadas y encajarlas para crear un par de zapatos acabados.
Teniendo esto en cuenta, las empresas de calzado están buscando nuevas formas de optimizar el proceso de fabricación.
La impresión en 3D ofrece una alternativa ideal, ya que permite a las empresas de calzado agilizar la producción de determinados componentes del calzado.
A diferencia de los procesos de fabricación tradicionales, la impresión 3D no requiere herramientas adicionales para crear una pieza. En su lugar, el proceso implica la creación de un modelo digital y el establecimiento de parámetros, como la velocidad de impresión y la orientación de la pieza, en la plataforma de construcción, utilizando una aplicación de software especializada.
El modelo se envía entonces a una impresora 3D, donde otra aplicación de software guía automáticamente el proceso de impresión de acuerdo con el modelo digital y los parámetros preestablecidos. Esto hace que la impresión 3D sea una tecnología de fabricación puramente digital.
Esto también significa que se puede agilizar la producción al tiempo que se reduce el trabajo manual que conlleva el proceso de fabricación de calzado.
Todas las grandes marcas de calzado llevan más de una década utilizando la impresión 3D para aplicaciones de prototipado y moldeado. Sin embargo, en los últimos años se ha adoptado cada vez más la impresión 3D para producir componentes funcionales del calzado.
La producción de piezas como entresuelas para zapatillas de deporte ha sido la aplicación más exitosa de la impresión 3D en el calzado hasta la fecha. Algunas marcas utilizan la tecnología para crear entresuelas y plantillas de zapatillas, mientras que otras están experimentando con componentes de sandalias y partes superiores de zapatillas impresas en 3D.
¿Qué tecnologías de impresión 3D se utilizan para la fabricación de calzado?
El grupo más común de tecnologías de impresión 3D utilizadas en la producción de calzado hoy en día es la fotopolimerización en tina. Este grupo engloba tecnologías basadas en resinas como la estereolitografía y el procesamiento digital de la luz y la síntesis digital de la luz (DLS) de Carbon.
Estas tecnologías se basan en un proceso similar, por el que una fuente de luz (un láser, un proyector o diodos emisores de luz) se aplica a una resina líquida capa por capa, haciendo que se solidifique.
La alta precisión, la rápida velocidad de impresión y la compatibilidad con materiales flexibles y elásticos, como el TPU, la silicona y el poliuretano elástico, típicos del calzado deportivo, han convertido las tecnologías de impresión 3D basadas en resina en una solución de producción viable.
Además de las tecnologías basadas en resina, los fabricantes de calzado también están adoptando tecnologías basadas en polvo, como el sinterizado selectivo por láser (SLS) y la fusión por chorro múltiple (MJF) de HP.
También están optimizadas para trabajar con materiales elastoméricos y ofrecen una rápida velocidad de impresión. Sin embargo, a diferencia de las tecnologías basadas en la resina que se suelen utilizar para las entresuelas, el SLS y el MJF se emplean más habitualmente en la producción de plantillas.
Desarrollos de materiales para el calzado impreso en 3D
El uso exitoso de la impresión 3D en la producción de calzado requiere materiales de grado de producción, de los que, hasta hace poco, la industria de la impresión 3D carecía.
Los recientes avances en materiales imprimibles en 3D aptos para el calzado han abierto la puerta a más aplicaciones de producción. Este progreso ha sido impulsado en gran medida por la estrecha colaboración entre los proveedores de tecnología y las marcas de calzado.
Por ejemplo, Carbon ha colaborado con Adidas en el desarrollo de un material de poliuretano elastomérico que se utiliza en la entresuela de las zapatillas FutureCraft de Adidas.
De forma similar, New Balance se ha asociado con Formlabs, un fabricante de impresoras 3D SLA de sobremesa, para producir materiales de impresión 3D de alto rendimiento adecuados para el calzado. Juntos, han introducido una nueva resina de fotopolímero patentada, Rebound Resin, que está diseñada para crear estructuras reticulares elásticas y fuertes.
Cuando se imprime, el material muestra la misma durabilidad y fiabilidad que los termoplásticos moldeados por inyección.
Las ventajas de la impresión 3D en el calzado
Mayor rapidez en la comercialización
Uno de los mayores retos en la producción de calzado es el coste y el tiempo necesarios para crear moldes de unidades de suela.
Cada talla de zapato requiere un molde individual, cuya creación puede costar miles de dólares. Además, la fabricación de moldes tiene largos plazos de entrega, que requieren varios meses de comunicación de ida y vuelta entre la marca y las fábricas.
En cambio, la impresión 3D no requiere moldes y los componentes del calzado pueden crearse directamente a partir de un archivo de diseño, lo que permite a los zapateros sacar nuevos zapatos al mercado mucho más rápido.
Por ejemplo, Adidas utiliza tecnologías de fabricación automatizada de calzado, incluida la impresión 3D, en sus Speedfactories de Alemania y Norteamérica. La impresión 3D se utiliza para crear entresuelas para las zapatillas de correr Futurecraft y 4D de Adidas.
La combinación de impresión 3D, automatización y producción localizada permite a Adidas introducir el producto en el mercado tres veces más rápido que con la producción tradicional.
Diseños innovadores
La impresión en 3D permite a las marcas de calzado explorar e implementar nuevas características de diseño para las zapatillas. Consideremos la entresuela: tradicionalmente, se fabrica como una pieza sólida con el mismo grado de apoyo en todo el zapato.
Con la impresión 3D, el rendimiento del zapato puede mejorarse sustancialmente, gracias a la capacidad de crear entresuelas con estructuras reticulares, que serían imposibles de moldear por inyección.
Estas estructuras pueden diseñarse para presentar diferentes densidades dentro de una entresuela. Al ajustar diferentes zonas de la entresuela, los diseñadores pueden optimizar las propiedades de amortiguación en todo el zapato, creando así un calzado de mayor rendimiento.
Personalización
Otra de las ventajas de la impresión 3D es la posibilidad de crear zapatos adaptados a los pies del usuario.
Para crear un par de zapatos a medida, las empresas suelen utilizar el escaneo 3D para capturar las medidas individuales de los pies del cliente.
A partir de los escaneos, los diseñadores generan un diseño de los componentes del zapato, como las entresuelas o las plantillas, que responden a las particularidades del cliente. A continuación, el diseño se envía a una impresora 3D para su fabricación directa.
El diseñador de calzado danés ECCO utiliza este método para ampliar la experiencia personalizada de sus clientes. El año pasado, el fabricante de zapatos presentó el proyecto de personalización de calzado QUANT-U, dirigido por el Laboratorio de Innovación de ECCO (ILE). El proyecto tiene lugar en la tienda conceptual experimental de ECCO, W-21, en Ámsterdam, y ofrece una visión de cómo podría ser el futuro de la producción de calzado.
La tienda W-21 aprovecha la impresión 3D para ofrecer a los clientes que acuden a ella zapatos a medida en cuestión de horas.
Para ello, se ha llevado a cabo un proceso de tres pasos que comienza con la recopilación de los datos del cliente a través de un escáner 3D y de sensores portátiles. Los datos incluyen mediciones, como el contorno del arco, la longitud, la anchura y el volumen del pie, la distancia entre los dedos y el peso corporal distribuido en las suelas de los clientes.
Los datos se interpretan y se traducen en un diseño de la entresuela, adaptado a los pies del cliente. El archivo de diseño se envía a una impresora 3D in situ que produce la entresuela en un material de silicona. Posteriormente, las entresuelas impresas en 3D se integran en los zapatos Flexure de ECCO para ofrecer un ajuste perfecto al cliente.
Actualmente, el proyecto QUANT-U sólo está disponible para una base de clientes seleccionados. Si tiene éxito comercial, el nivel de personalización que ofrece el proyecto podría proporcionar a las tiendas físicas una ventaja competitiva en un mundo dominado por las compras online.
Ejemplos de impresión 3D en la industria del calzado
Suelas intermedias impresas en 3D
Las suelas intermedias -la capa que absorbe los impactos entre la suela interior y la exterior- son quizás el ejemplo más publicitado de impresión 3D en el calzado.
Por un lado, las zapatillas con entresuelas impresas en 3D han sido uno de los primeros productos de consumo que se han producido en masa, utilizando la fabricación aditiva. En 2019, Adidas sigue a la vanguardia de la impresión 3D en el calzado, ya que, según se informa, ha producido más de 100.000 pares de zapatillas con entresuelas impresas en 3D.
Sin embargo, Adidas no es la única empresa que innova en los diseños de entresuelas con impresión 3D. En 2019, New Balance sacó al mercado un nuevo par de zapatillas con un componente de talón impreso en 3D en la entresuela.
Las zapatillas 990 Sport son el resultado de una nueva plataforma, TripleCell, que aprovecha la tecnología SLA de Formlabs y un nuevo material propio llamado Rebound Resin. La resina está pensada para sustituir a la espuma de etilvinilacetato (EVA) moldeada tradicionalmente.
Uno de los motores de este cambio es la posibilidad de diseñar diferentes niveles de apoyo en distintas partes de la zapatilla. Esto se consigue colocando capas de estructuras reticulares con distintas densidades en todo el talón. La impresión 3D es la única tecnología capaz de producir tales estructuras.
Con su plataforma TripleCell, New Balance ha desarrollado un nuevo tipo de talón elástico y resistente con la durabilidad y longevidad de una alternativa moldeada por inyección. Es importante destacar que la impresión 3D también ayuda a la empresa a localizar la fabricación, acelerando los ciclos de desarrollo y producción.
En el futuro, esperamos que el desarrollo en este espacio continúe, con más marcas de calzado que se suban al carro de los zapatos con entresuelas impresas en 3D.
Parte superior impresa en 3D
La parte superior es un componente del calzado que cubre los dedos, la parte superior del pie, los laterales del pie y la parte posterior del talón. Es uno de los dos componentes integrales del calzado junto con las suelas. La parte superior del zapato se fabrica tradicionalmente en tela, que puede ser difícil de producir para las impresoras 3D de polímero. Sin embargo, algunas marcas de calzado han desarrollado enfoques para crear partes superiores utilizando plásticos flexibles como el TPU.
Tomemos como ejemplo Nike Flyprint: esta parte superior es la primera parte superior textil impresa en 3D en el calzado de rendimiento. Presentada por primera vez el año pasado, la parte superior de Flyprint se produce con la ayuda del Modelado de Depósitos Sólidos (SDM), un proceso mediante el cual se funde un filamento de TPU y se coloca en capas finas.
Una de las ventajas de la parte superior impresa en 3D de Nike con respecto a las partes superiores tejidas tradicionalmente, es una mayor durabilidad del material, ya que las capas se fusionan entre sí, lo que elimina la resistencia a la fricción común para un tejido de punto o tejido.
Si se observa con atención la estructura del tejido Flyprint, se aprecian algunos patrones distintos. La parte delantera de la zapatilla presenta un entramado, mientras que los laterales utilizan uno mucho más ondulado. Este diseño permite que la parte superior sea más ligera y transpirable que los tejidos de Nike no impresos en 3D.
También otras marcas están explorando la impresión 3D para la parte superior del calzado. Por ejemplo, la marca de calzado independiente Oliver Cabell está imprimiendo en 3D la parte superior de sus zapatillas Phoenix a partir de botellas de agua recicladas. Para la parte superior de una zapatilla se necesitan unas siete botellas de agua, que primero hay que desmenuzar en forma de escamas, fundirlas y formar largas tiras de hilo. A continuación, estas hebras se introducen en una impresora 3D para crear la parte superior.
La parte superior sigue siendo una aplicación menos desarrollada para la impresión 3D en comparación con las entresuelas. Sin embargo, es posible que esto cambie con el tiempo, ya que la impresión 3D podría reducir significativamente los pasos y costes necesarios para la producción de empeines.
¿Zapatos 100% impresos en 3D?
Aunque abundan los ejemplos de componentes de zapatillas impresas en 3D, ¿es posible imprimir en 3D zapatillas enteras?
Por ahora, la respuesta corta es no. Sin embargo, algunas empresas se están acercando a la visión de unas zapatillas totalmente impresas en 3D. La marca china de ropa deportiva PEAK Sports Products es una de ellas. A principios de este año introdujo en el mercado nacional chino un nuevo modelo de zapatillas casi totalmente impresas en 3D.
La parte superior, la entresuela y la suela de las nuevas zapatillas FUTURE FUSION PEAK3D se han creado mediante una combinación de SLS (para la entresuela y la suela), impresión 3D por extrusión (la parte superior) y un material de TPU. Sin embargo, la plantilla y el tejido interior se han creado evidentemente con métodos tradicionales.
Además de las zapatillas, hemos visto muchas noticias en torno a las sandalias impresas en 3D, incluidas las de Wiivv, que fue una de las campañas de impresión 3D más financiadas en Kickstarter.
Sin embargo, sandalia impresa en 3D es un término erróneo, ya que solo algunos de los componentes de las sandalias están impresos en 3D. Por ejemplo, en las sandalias de Wiivv aparentemente sólo se imprimen en 3D los soportes del arco, mientras que otros componentes se producen con medios más tradicionales.
La impresión en 3D de zapatos enteros es una idea fascinante, pero actualmente sigue siendo inviable.
Por un lado, la tecnología no puede reemplazar todos los procesos utilizados en la fabricación de zapatos y seguir siendo económicamente viable. En comparación con la fabricación tradicional, las tecnologías de impresión 3D son más lentas, menos escalables y los precios de los materiales son mucho más altos. Esto hace que lograr la producción en masa con la impresión 3D sea una tarea difícil.
El segundo problema está relacionado con la cadena de valor de la fabricación de calzado. La fabricación de calzado implica la creación de una horma, que es un molde tridimensional de madera o plástico sobre el que se construye un zapato.
La adopción de la impresión 3D para todo el calzado eliminaría la necesidad de una horma y obligaría a los fabricantes a replantearse por completo la producción, lo que afectaría a los proveedores y a las partes interesadas de toda la cadena de valor existente. La necesidad de un cambio significativo es otro de los factores que ponen los zapatos impresos en 3D fuera del alcance, al menos por ahora.
Creando nuevas oportunidades en el calzado con la impresión 3D
Al combinar nuevos materiales y fabricación digital, la impresión 3D está abriendo la puerta a productos de calzado innovadores.
Actualmente, la tecnología está facilitando la producción de calzado deportivo de alto rendimiento y sandalias personalizadas mediante componentes de calzado impresos en 3D. Esto permite a las marcas de calzado agilizar el tiempo de comercialización al tiempo que exploran nuevos diseños e introducen mayores opciones de personalización.
A pesar de estas ventajas, el uso de la impresión 3D en el calzado sigue siendo limitado, ya que la tecnología carece actualmente de la escalabilidad necesaria para adaptarse a las necesidades intensivas y de alta productividad de la industria del calzado.
Dicho esto, la impresión 3D en el calzado seguirá evolucionando, impulsada por las tendencias de la fabricación digital y la demanda de experiencias personalizadas.
Por supuesto, la adopción de la impresión 3D creará algunos retos en la cadena de valor del calzado, y abordarlos llevará tiempo y esfuerzo. Sin embargo, la recompensa en forma de ofertas de productos y servicios únicos puede merecer la pena. En última instancia, el sector del calzado podría convertirse en el primer gran adoptante de la impresión 3D para la producción en masa de productos de consumo.