18 septembre 2019
L’impression 3D façonne de nouvelles possibilités dans l’ingénierie de la chaussure, permettant aux entreprises de créer de nouveaux modèles de chaussures et de répondre à la demande croissante de personnalisation.
Selon un récent rapport d’un cabinet de recherche, SmarTech Analysis, l’impression 3D de chaussures devrait se transformer en une opportunité de revenus de 9 milliards de dollars au cours des 10 prochaines années. Le cabinet suggère également qu’un segment de chaussures imprimées en 3D deviendra le plus grand segment de produits de consommation imprimés en 3D d’ici 2030.
Mais qu’est-ce qui motive cette énorme opportunité ?
Dans la série Application Spotlight de cette semaine, nous plongeons dans l’impression 3D pour les chaussures, en explorant les avantages, les cas d’utilisation et les tendances qui façonnent l’avenir de la technologie dans l’industrie de la chaussure.
Regardez les autres applications couvertes dans cette série :
Impression 3D pour les échangeurs de chaleur
Impression 3D pour les roulements
Impression 3D pour la fabrication de vélos
Impression 3D pour la dentisterie numérique &Fabrication d’alignements clairs
Impression 3D pour les implants médicaux
Fusées imprimées en 3D et l’avenir de la fabrication d’engins spatiaux
Impression 3D pour les composants électroniques
Impression 3D dans l’industrie ferroviaire
3D-.Lunettes imprimées
Impression 3D pour la production de pièces finales
Impression 3D pour les supports
Impression 3D pour les pièces de turbines
Comment l’impression 3D permet des composants hydrauliques plus performants
Comment l’impression 3D soutient l’innovation dans l’industrie de l’énergie nucléaire
Pourquoi les marques de chaussures adoptent-elles l’impression 3D ?
À l’heure actuelle, les revenus de l’impression 3D des chaussures représentent environ 0,3 % des revenus du marché mondial de la chaussure, selon SmarTech Analysis. Ce chiffre devrait passer à 1,5% des revenus globaux du marché mondial de la chaussure d’ici 2029.
Bien que cette croissance soit encourageante, le chiffre réel est faible par rapport aux revenus globaux du marché de la chaussure. Cela indique que l’impression 3D ne remplacera pas de sitôt l’un des processus de fabrication établis.
Cela dit, les chaussures imprimées en 3D pourraient devenir l’un des plus grands segments de l’impression 3D de produits de consommation. Cette évolution sera principalement portée par deux tendances clés :
1. La demande croissante des consommateurs pour des produits personnalisés;
2. Un accent accru sur la fabrication numérique.
La demande croissante pour des produits personnalisés
La réalité du paysage de consommation actuel est que les consommateurs exigent des expériences personnalisées et sur mesure.
En réponse, de nombreuses entreprises de chaussures permettent aux clients de commander des chaussures avec une quantité limitée de personnalisation, par exemple, en offrant une sélection limitée de couleurs.
L’impression 3D, en revanche, permet aux entreprises de débloquer un nouveau niveau de personnalisation grâce à la possibilité de créer des chaussures spécifiquement adaptées au porteur.
Admettons que le potentiel des chaussures personnalisées en masse n’en est qu’à ses débuts, et que les entreprises de chaussures commencent seulement à développer des stratégies pour permettre la personnalisation des chaussures en masse.
Cependant, à mesure que les marques de chaussures deviennent plus audacieuses avec l’utilisation des technologies d’impression 3D dans la production, il y aura plus d’options de personnalisation.
Un accent accru sur la fabrication numérique
Un autre facteur clé pour l’adoption de l’impression 3D pour les chaussures est la numérisation et l’automatisation de la production.
La fabrication de chaussures est un processus à plusieurs étapes et à forte intensité de main-d’œuvre, et une grande partie du processus de production est encore manuelle. Il faut beaucoup de machines spécialisées et de travailleurs pour fabriquer des pièces séparées et les assembler pour créer une paire de chaussures finie.
Avec ce constat en tête, les entreprises de la chaussure cherchent de nouvelles façons d’optimiser le processus de fabrication.
L’impression 3D offre une alternative idéale en permettant aux entreprises de chaussures de rationaliser la production de certains composants de chaussures.
À la différence des processus de fabrication traditionnels, l’impression 3D ne nécessite pas d’outillage supplémentaire pour créer une pièce. Au lieu de cela, le processus consiste à créer un modèle numérique et à définir des paramètres, comme la vitesse d’impression et l’orientation de la pièce, sur la plateforme de construction, à l’aide d’une application logicielle spécialisée.
Le modèle est ensuite envoyé à une imprimante 3D, où une autre application logicielle guide automatiquement le processus d’impression en fonction du modèle numérique et des paramètres prédéfinis. Cela fait de l’impression 3D une technologie de fabrication purement numérique.
Cela signifie également que la production peut être rationalisée tout en réduisant le travail manuel impliqué dans le processus de fabrication des chaussures.
Toutes les grandes marques de chaussures utilisent l’impression 3D pour les applications de prototypage et de moulage depuis plus d’une décennie maintenant. Cependant, ces dernières années ont vu l’impression 3D être de plus en plus adoptée pour produire des composants fonctionnels de chaussures.
La production de pièces telles que des semelles intermédiaires pour les baskets a été l’application la plus réussie de l’impression 3D dans le domaine de la chaussure à ce jour. Certaines marques utilisent cette technologie pour créer des semelles intermédiaires et des semelles intérieures de baskets, tandis que d’autres expérimentent des tiges de baskets et des composants de sandales imprimés en 3D.
Quelles technologies d’impression 3D sont utilisées pour la fabrication de chaussures ?
Le groupe le plus courant de technologies d’impression 3D utilisées dans la production de chaussures aujourd’hui est la photopolymérisation en cuve. Ce groupe englobe les technologies à base de résine comme la stéréolithographie et le traitement numérique de la lumière et la synthèse numérique de la lumière (DLS) de Carbon.
Ces technologies sont basées sur un processus similaire, par lequel une source de lumière (un laser, un projecteur ou des diodes électroluminescentes) est appliquée sur une résine liquide couche par couche, provoquant sa solidification.
La haute précision, les vitesses d’impression rapides et la compatibilité avec les matériaux flexibles et élastiques, comme le TPU, le silicone et le polyuréthane élastique, typiques des chaussures de sport, ont fait des technologies d’impression 3D à base de résine une solution de production viable.
En plus des technologies à base de résine, les fabricants de chaussures adoptent également des technologies à base de poudre, comme le frittage laser sélectif (SLS) et la Multi Jet Fusion (MJF) de HP.
Ces dernières sont également optimisées pour travailler avec des matériaux élastomères et offrent une vitesse d’impression rapide. Cependant, contrairement aux technologies à base de résine généralement utilisées pour les semelles intérieures, le SLS et le MJF sont plus couramment utilisés pour la production de semelles intérieures.
Développement de matériaux pour les chaussures imprimées en 3D
L’utilisation réussie de l’impression 3D dans la production de chaussures nécessite des matériaux de qualité production, ce qui, jusqu’à récemment, manquait à l’industrie de l’impression 3D.
Les progrès récents dans les matériaux imprimables en 3D adaptés aux chaussures ont ouvert la porte à davantage d’applications de production. Ces progrès ont été largement alimentés par une collaboration étroite entre les fournisseurs de technologie et les marques de chaussures.
Par exemple, Carbon a travaillé avec Adidas pour développer un matériau en polyuréthane élastomère utilisé pour les semelles intermédiaires des baskets FutureCraft d’Adidas.
De même, New Balance s’est associé à Formlabs, un fabricant d’imprimantes 3D SLA de bureau, pour produire des matériaux d’impression 3D haute performance adaptés aux chaussures. Ensemble, ils ont introduit une nouvelle résine photopolymère propriétaire, Rebound Resin, qui est conçue pour créer des structures en treillis élastiques et solides.
Une fois imprimé, le matériau présenterait la même durabilité et la même fiabilité que les thermoplastiques moulés par injection.
Les avantages de l’impression 3D dans les chaussures
Un temps de mise sur le marché plus rapide
L’un des plus grands défis dans la production de chaussures est le coût et le temps nécessaires pour créer des moules d’unités de semelle.
Chaque taille de chaussure nécessite un moule individuel, dont la création peut coûter des milliers de dollars. De plus, la fabrication des moules a de longs délais, nécessitant plusieurs mois d’aller-retour entre la marque et les usines.
En revanche, l’impression 3D ne nécessite pas de moules et les composants de la chaussure peuvent être créés directement à partir d’un fichier de conception, ce qui permet aux fabricants de chaussures de mettre de nouvelles chaussures sur le marché beaucoup plus rapidement.
Par exemple, Adidas utilise des technologies de fabrication de chaussures automatisées, notamment l’impression 3D, dans ses Speedfactories en Allemagne et en Amérique du Nord. L’impression 3D est utilisée pour créer les semelles intermédiaires des chaussures de course Futurecraft d’Adidas et 4D d’Alphaedge.
La combinaison de l’impression 3D, de l’automatisation et de la production localisée permettrait à Adidas de mettre le produit sur le marché trois fois plus vite qu’avec une production traditionnelle.
Conceptions innovantes
L’impression 3D permet aux marques de chaussures d’explorer et de mettre en œuvre de nouvelles caractéristiques de conception pour les chaussures. Prenons l’exemple des semelles intermédiaires : traditionnellement, elles sont fabriquées comme une pièce solide avec le même degré de soutien dans toute la chaussure.
Avec l’impression 3D, les performances des chaussures peuvent être considérablement améliorées, grâce à la possibilité de créer des semelles intermédiaires avec des structures en treillis, qui seraient impossibles à mouler par injection.
Ces structures peuvent être conçues pour présenter différentes densités dans une semelle intermédiaire. En accordant différentes zones d’une semelle intermédiaire, les concepteurs peuvent optimiser les propriétés d’amortissement dans toute la chaussure, créant ainsi des chaussures plus performantes.
Personnalisation
Un autre avantage de l’impression 3D est la possibilité de créer des chaussures adaptées aux pieds du porteur.
Pour créer une paire de chaussures personnalisée, les entreprises utilisent généralement la numérisation 3D pour capturer les mesures individuelles des pieds d’un client.
Sur la base de ces scans, les concepteurs génèrent un design des composants de la chaussure, comme les semelles intermédiaires ou les semelles intérieures, qui répondent aux particularités du client. Le design est ensuite envoyé à une imprimante 3D pour une fabrication directe.
Le concepteur danois de chaussures, ECCO, utilise cette approche pour étendre l’expérience personnalisée de ses clients. L’année dernière, le chausseur a présenté le projet de personnalisation de chaussures QUANT-U, mené par le laboratoire d’innovation d’ECCO (ILE). Le projet se déroule dans le concept store expérimental d’ECCO, W-21, à Amsterdam, et offre un aperçu de ce à quoi pourrait ressembler l’avenir de la production de chaussures.
Le magasin W-21 exploite l’impression 3D afin de fournir aux clients qui se présentent des chaussures sur mesure en quelques heures.
Pour ce faire, un processus en trois étapes est mis en place, qui commence par la collecte des données du client grâce à la numérisation 3D et aux capteurs portables. Ces données comprennent des mesures, comme les contours de la voûte plantaire, la longueur, la largeur et le volume du pied, l’espacement des orteils et le poids du corps réparti sur les semelles des clients.
Les données sont ensuite interprétées et traduites en un design de la semelle intermédiaire, adapté aux pieds du client. Le fichier de conception est envoyé à une imprimante 3D sur place qui produit la semelle intermédiaire dans un matériau en silicone. Par la suite, les semelles intermédiaires imprimées en 3D sont intégrées dans les chaussures Flexure d’ECCO pour offrir un ajustement parfait au client.
À l’heure actuelle, le projet QUANT-U n’est accessible qu’à une clientèle sélectionnée. S’il s’avère être un succès commercial, le niveau de personnalisation que le projet offre pourrait fournir aux magasins brick-and-mortar un avantage concurrentiel dans un monde dominé par les achats en ligne.
Exemples d’impression 3D dans l’industrie de la chaussure
Semelles intérieures imprimées en 3D
Les semelles intérieures – la couche absorbant les chocs entre les semelles intérieures et extérieures – sont peut-être l’exemple le plus médiatisé d’impression 3D dans les chaussures.
Pour une part, les baskets dotées de semelles intermédiaires imprimées en 3D ont été l’un des premiers produits de consommation à être produits en masse, en utilisant la fabrication additive. En 2019, Adidas reste à l’avant-garde de l’impression 3D dans les chaussures, car elle aurait produit plus de 100 000 paires de chaussures avec des semelles intérieures imprimées en 3D.
Cependant, Adidas n’est pas la seule entreprise à innover dans la conception de semelles intermédiaires grâce à l’impression 3D. En 2019, New Balance a mis sur le marché une nouvelle paire de baskets comportant un composant de talon imprimé en 3D dans la semelle intermédiaire.
Les coureurs 990 Sport sont le résultat d’une nouvelle plateforme, TripleCell, qui tire parti de la technologie SLA de Formlabs et d’un nouveau matériau propriétaire appelé Rebound Resin. Cette résine est destinée à remplacer la mousse d’éthylène vinyle acétate (EVA) traditionnellement moulée.
L’un des moteurs de ce changement est la possibilité de concevoir différents niveaux de soutien sur différentes parties de la chaussure. On y parvient en plaçant des couches de structures en treillis de différentes densités dans le talon. L’impression 3D est la seule technologie capable de produire de telles structures.
A travers sa plateforme TripleCell, New Balance a développé un nouveau type de talon élastique et résilient avec la durabilité et la longévité d’une alternative moulée par injection. Fait important, l’impression 3D aide également l’entreprise à localiser la fabrication, accélérant ainsi les cycles de développement et de production.
A l’avenir, nous nous attendons à ce que le développement dans cet espace se poursuive, avec plus de marques de chaussures sautant dans le train des chaussures avec des semelles intermédiaires imprimées en 3D.
Tiges imprimées en 3D
Une tige est un composant de la chaussure qui recouvre les orteils, le dessus du pied, les côtés du pied et l’arrière du talon. C’est l’un des deux composants intégraux de la chaussure avec les semelles. Les tiges sont traditionnellement fabriquées en textile, ce qui peut être difficile à produire pour les imprimantes 3D en polymère. Cependant, certaines marques de chaussures ont mis au point des approches pour créer des empeignes à l’aide de plastiques flexibles comme le TPU.
Prenons l’exemple de Nike Flyprint : cette empeigne est la première empeigne textile imprimée en 3D dans une chaussure de performance. Dévoilées pour la première fois l’année dernière, les empeignes Flyprint sont produites à l’aide de la modélisation par dépôt solide (SDM), un processus par lequel un filament de TPU est fondu et déposé en fines couches.
L’un des avantages des empeignes imprimées en 3D de Nike par rapport aux empeignes traditionnellement tissées, est une plus grande durabilité du matériau car les couches sont fusionnées, éliminant la résistance au frottement commune à un textile tricoté ou tissé.
Si vous regardez de près la structure du tissu Flyprint, vous remarquerez quelques motifs distincts. L’avant de la chaussure présente un treillis, tandis que les côtés en utilisent un qui ressemble beaucoup plus à une vague. Une telle conception permet à la tige d’être plus légère et plus respirante que les textiles Nike non imprimés en 3D.
Des chaussures imprimées à 100 % en 3D ?
Alors que les exemples de composants de chaussures imprimés en 3D abondent, est-il possible d’imprimer en 3D des chaussures entières ?
Pour l’instant, la réponse courte est non. Cependant, certaines entreprises se rapprochent de la vision de chaussures entièrement imprimées en 3D. La marque chinoise de vêtements de sport, PEAK Sports Products, est l’une de ces entreprises. Elle a introduit un nouveau modèle de baskets presque entièrement imprimées en 3D sur le marché intérieur chinois plus tôt cette année.
La tige, la semelle intermédiaire et la semelle extérieure des nouvelles baskets FUTURE FUSION PEAK3D ont été créées en utilisant une combinaison de SLS (pour la semelle intermédiaire et la semelle), d’impression 3D par extrusion (la tige) et un matériau TPU. Cependant, la semelle intérieure et le textile interne sont évidemment créés à l’aide de méthodes traditionnelles.
En plus des baskets, nous avons vu beaucoup de nouvelles autour des sandales imprimées en 3D, notamment les sandales de Wiivv, qui ont été l’une des campagnes d’impression 3D les plus financées sur Kickstarter.
Cependant, sandale imprimée en 3D est un terme impropre, car seuls certains composants des sandales sont imprimés en 3D. Par exemple, dans les sandales de Wiivv, seuls les supports de voûte plantaire sont apparemment imprimés en 3D, tandis que les autres composants sont produits par des moyens plus traditionnels.
L’impression 3D de chaussures entières est une idée fascinante, mais elle reste actuellement irréalisable.
Pour commencer, la technologie ne peut pas remplacer tous les processus utilisés dans la fabrication des chaussures tout en restant économiquement viable. Par rapport à la fabrication traditionnelle, les technologies d’impression 3D sont plus lentes, moins évolutives et les prix des matériaux sont nettement plus élevés. Cela fait de la réalisation d’une production de masse avec l’impression 3D une tâche difficile.
Le deuxième problème est associé à la chaîne de valeur de la fabrication de chaussures. La fabrication de chaussures implique la création d’une forme, qui est un moule tridimensionnel en bois ou en plastique sur lequel une chaussure est construite.
L’adoption de l’impression 3D pour des chaussures entières éliminerait la nécessité d’une forme et obligerait les fabricants à repenser complètement la production, ce qui aurait un impact sur les fournisseurs et les parties prenantes de la chaîne de valeur existante. La nécessité d’un changement d’étape significatif est un autre facteur mettant les chaussures imprimées en 3D hors de portée, du moins pour le moment.
Créer de nouvelles opportunités dans la chaussure avec l’impression 3D
En combinant de nouveaux matériaux et la fabrication numérique, l’impression 3D ouvre la porte à des produits chaussants innovants.
À l’heure actuelle, la technologie facilite la production de chaussures de sport haute performance et de sandales personnalisées grâce à des composants de chaussures imprimés en 3D. Cela permet aux marques de chaussures d’accélérer le temps de mise sur le marché tout en explorant de nouveaux designs et en introduisant de plus grandes options de personnalisation.
Malgré ces avantages, l’utilisation de l’impression 3D dans la chaussure reste limitée, car la technologie n’a actuellement pas l’évolutivité nécessaire pour répondre aux besoins intensifs et à haute productivité de l’industrie de la chaussure.
Cela dit, l’impression 3D pour les chaussures continuera d’évoluer, sous l’impulsion des tendances de la fabrication numérique et de la demande d’expériences personnalisées.
Bien sûr, l’adoption de l’impression 3D créera certains défis dans la chaîne de valeur de la chaussure, et les relever demandera du temps et des efforts. Cependant, la récompense sous forme d’offres de produits et de services uniques pourrait en valoir la peine. En fin de compte, l’industrie de la chaussure pourrait devenir le premier grand adoptant de l’impression 3D pour la production de masse de produits de consommation.