18 September 2019
3D プリントによりフットウェア工学の新しい可能性が形成されており、フットウェア企業は新しいデザインの靴を作り、高まるカスタマイズ需要に対応できるようになりました。
SmarTech Analysis という調査会社の最近のレポートによると、フットウェアの 3D プリントは、今後 10 年間で 90 億ドルの収益機会に成長するとされています。 また、2030年までに、3Dプリントされた履物の分野が、3Dプリントされた消費者向け製品の中で最大の分野になるとしています。
しかし、何がこの大きなチャンスを後押ししているのでしょうか？
今週のアプリケーション・スポットライト・シリーズでは、フットウェア用の3Dプリントを取り上げ、フットウェア産業におけるこのテクノロジーの未来を形作る利点、使用例、トレンドについて探ります。
このシリーズで取り上げた他のアプリケーションもご覧ください。
熱交換器の3Dプリント
ベアリングの3Dプリント
自転車製造の3Dプリント
デジタル歯科の3Dプリント &クリアアライナーの製造
医療用インプラントの3Dプリント
3Dプリントロケットと宇宙船製造の将来
電子部品の3Dプリント
鉄道業界の3Dプリント
3D-Japan Japanの3Dプリント
電子部品業界は？プリントアイウェア
3Dプリントによるエンドパーツ製造
3Dプリントによるブラケット
3Dプリントによるタービン部品
3Dプリントによる油圧部品の性能向上
3Dプリントによる原子力産業のイノベーション支援
なぜフットウェアブランドが3Dプリントを採用しているのか?
SmarTech Analysis によると、現在、フットウェアの 3D プリントによる収益は、世界のフットウェア市場の収益の約 0.3% を占めているとのことです。 この数字は、2029年までに世界のフットウェア全体の収益の1.5%に上昇するとされている。
この成長は心強いものですが、フットウェア市場全体の収益と比較すると、実際の数値は小さいものです。 このことは、3Dプリンティングがすぐに既存の製造プロセスのどれかに取って代わることはないだろうことを示しています。
とはいえ、3Dプリントされたフットウェアは、消費者製品の3Dプリントにおける最大のセグメントの1つになる可能性があります。 この進化は、主に2つの重要なトレンドによって推進されるでしょう。
1.
パーソナライズされた製品に対する消費者の需要の高まり
今日の消費者の現実は、消費者がカスタマイズされた、個人向けの体験を要求していることです。
これに対し、多くのフットウェア企業は、顧客が限られた色の中からカスタマイズした靴を注文することを可能にしています。
一方、3Dプリントは、履く人に合わせて特別に作られた靴を作ることができるため、企業は新しいレベルのカスタマイズを解放することができるようになりました。
確かに、マスカスタマイゼーション・フットウェアの可能性はまだ初期段階にあり、フットウェア企業は、靴の一括カスタマイズを可能にする戦略を開発し始めたばかりです。
しかし、フットウェア ブランドが生産における 3D プリント技術の使用に大胆になってくると、パーソナライズのオプションも増えてくるでしょう。
靴の製造は、多段階の労働集約的なプロセスであり、製造プロセスの多くはまだ手作業です。 別々のパーツを製造し、それらを組み合わせて一足の靴を完成させるためには、多くの専門機械と作業者が必要です。
このような背景から、靴メーカーは製造工程を最適化するための新しい方法を模索しています。
3Dプリントは、靴の部品の生産を合理化することで、理想的な代替手段を提供します。
従来の製造プロセスとは異なり、3Dプリントでは、部品を作るために追加の工具を必要としません。
次に、そのモデルを3Dプリンターに送ると、別のソフトウェア・アプリケーションが、デジタル・モデルと事前に設定したパラメーターに従って、プリント・プロセスを自動的にガイドします。 このように、3Dプリンターは、純粋にデジタルな製造技術なのです。
これはまた、靴作りの工程に関わる手作業を減らしながら、生産を合理化できることを意味します。
主要なフットウェア・ブランドはすべて、10年以上前からプロトタイピングやモールディングの用途に3Dプリントを使用してきました。 しかし、近年では、機能的なフットウェア部品の製造に3Dプリンティングが採用されることが多くなっています。
スニーカーのミッドソールなどの部品の製造は、これまでで最も成功した3Dプリントのフットウェア用途と言えます。 スニーカーのミッドソールやインソールを3Dプリントで作るブランドもあれば、スニーカーのアッパーやサンダルの部品を3Dプリントで作る試みも行われています。
フットウェアの製造にはどのような 3D プリント技術が使用されていますか
SLA 3D プリント技術
現在フットウェア生産で使用されている 3D プリント技術の最も一般的なグループは、バット フォトポリメリゼーション（Vat Photoopolymerisation）です。 このグループは、ステレオリソグラフィーやデジタル光処理、カーボンのデジタル光合成 (DLS) などの樹脂ベースの技術を包含しています。
これらの技術は、光源（レーザー、プロジェクター、発光ダイオード）を液体樹脂に1層ずつ当てて固化させるという、類似したプロセスに基づいています。
高精度、高速プリント、そしてスポーツシューズに代表されるTPU、シリコーン、弾性ポリウレタンといった柔軟でバネのある素材との互換性により、樹脂ベースの3Dプリント技術は生産ソリューションとして現実的なものとなっているのである。
樹脂ベースの技術に加えて、靴メーカーは、選択的レーザー焼結（SLS）やHPのマルチ ジェット フュージョン（MJF）などの粉末ベースの技術も採用しています。
これらもエラストマー材料での作業に最適化されており、高速のプリント速度を実現しています。 しかし、ミッドソールによく使われる樹脂ベースの技術とは異なり、SLSとMJFはインソールの生産によく使われます。
Material development for 3D-printed footwear
フットウェア生産に 3D プリントをうまく利用するには、生産グレードの材料が必要ですが、最近まで 3D プリント業界にはそれが不足していました。
フットウェアに適した3Dプリント可能な材料における最近の進歩は、より多くの生産アプリケーションへの扉を開いた。 この進歩は、技術プロバイダーとフットウェア・ブランドとの密接な協力関係によって、大きく促進されました。
たとえば、CarbonはAdidasと協力して、AdidasのFutureCraftスニーカーのミッドソールに使用されるエラストマー・ポリウレタン材料を開発しました。
同様に、ニューバランスは、デスクトップSLA 3DプリンターのメーカーであるFormlabsと提携し、フットウェアに適した高性能3Dプリント材料を製造しています。 共に、バネのような強い格子構造を作るために、独自の新しいフォトポリマー樹脂「リバウンドレジン」を発表しています。
この材料は、プリントしたときに、射出成形された熱可塑性プラスチックに見られるような耐久性と信頼性を示すと報告されています。
フットウェアにおける 3D プリントの利点
市場投入までの時間を短縮
フットウェアの生産における最大の課題の 1 つは、ソール ユニットの金型を作成するために必要なコストと時間です。 さらに、金型の製造には長いリードタイムがあり、ブランドと工場の間で数カ月にわたるやり取りが必要です。
これに対して、3Dプリントでは、金型が不要で、靴の部品をデザイン ファイルから直接作成できるため、靴メーカーは、新しい靴をより早く市場に投入できます。
たとえば、アディダスは、ドイツと北米のスピードファクトリーで、3Dプリントなどの自動靴製造技術を使っています。 3Dプリントは、アディダスのランニングシューズFuturecraftとAlphaedgeの4D用のミッドソールを作るために使われています。
3Dプリント、自動化、現地生産の組み合わせにより、アディダスは従来の生産よりも3倍早く製品を市場に導入することができると報告されています。
革新的なデザイン
3Dプリントでは、射出成形では不可能な格子構造のミッドソールを作成できるため、靴の性能を大幅に向上させることができます。 ミッドソールのさまざまな部分を調整することで、靴全体のクッション性を最適化し、より性能の高い靴を作ることができます。
カスタマイズ
The 3D プリントの別のメリットは、着用者の脚に合わせて作られた靴ができるようになるということです。
カスタムシューズを作成するために、企業は通常、3Dスキャンを使用して顧客の足の個々の寸法を取得します。
スキャンしたデータをもとに、デザイナーは、ミッドソールやインソールなど、顧客の特殊性を満たす靴の部品のデザインを作成する。 その設計図を3Dプリンターに送って、直接製造する。
デンマークのシューズデザイナー、ECCOは、このアプローチを使って、顧客のためのパーソナライズされた体験を広げている。 昨年、ECCOのイノベーション・ラボ（ILE）が主導するQUANT-Uフットウェア・カスタマイゼーション・プロジェクトを導入しました。 このプロジェクトは、アムステルダムにあるECCOの実験的なコンセプトストア「W-21」で行われ、フットウェア生産の未来の姿を垣間見ることができます。
W-21ストアは、3Dプリントを活用し、来店した顧客に数時間のうちにオーダーメイドの靴を提供します。
これを可能にするのは、3Dスキャンとウェアラブルセンサーによる顧客データの採取から始まる3ステップのプロセスです。 このデータには、アーチの形、足の長さ、幅、体積、つま先の間隔、足裏にかかる体重などの測定値が含まれています。
そして、そのデータを解釈し、顧客の足に合わせたミッドソールのデザインに変換します。 デザインファイルは、現場の3Dプリンターに送られ、シリコーン素材でミッドソールを製造します。 その後、3Dプリントされたミッドソールは、ECCOのFlexureシューズに組み込まれ、顧客に完璧なフィット感を提供します。
現在、QUANT-Uプロジェクトは、一部の顧客ベースのみに提供されています。 もし商業的に成功すれば、このプロジェクトが提供するカスタマイズのレベルは、オンラインショッピングが主流の世界において、実店舗に競争上の優位性をもたらすかもしれません。
フットウェア業界での 3D プリントの例
3D プリントされたミッドソール
インナーとアウトナーの間の衝撃吸収層であるミッドソールは、フットウェアにおける 3D プリントの例としては最も知られているものでしょう。
たとえば、3D 印刷されたミッドソールを備えたスニーカーは、積層造形を使用して大量生産された最初の消費者製品の 1 つとなりました。 2019年、アディダスはフットウェアにおける3Dプリントの最前線に立ち続けており、3Dプリントされたミッドソールを持つ靴を10万足以上生産したと伝えられています。
しかし、3Dプリントでミッドソールのデザインを革新している企業は、アディダスだけではありません。 2019年、ニューバランスは、ミッドソールに3Dプリントされたヒール部品を搭載した新しいスニーカーを市場に送り出しました。
990スポーツのランナーは、FormlabsのSLA技術とRebound Resinという独自の新素材を活用した新しいプラットフォーム「TripleCell」によって生み出されたものです。 この樹脂は、従来成形されていたエチレンビニルアセテート（EVA）フォームの代替となるものです。
この変化の原動力の1つは、靴のさまざまな部分にわたって異なるレベルのサポートを設計できることです。 これは、密度が異なる格子構造の層をヒール全体に配置することで実現されます。 3Dプリントは、このような構造を作ることができる唯一の技術です。
ニューバランスは、TripleCellプラットフォームを通じて、射出成形に代わる耐久性と寿命のある、弾力性と弾力性のある新しいタイプのヒールを開発しました。 重要なのは、3Dプリントは、製造のローカライズにも役立ち、開発および生産サイクルを加速させるということです。
今後、3Dプリントされたミッドソールを持つ靴の流行に乗るフットウェアブランドが増え、この分野での開発が続くと思われます。
3Dプリントされたアッパー
Apper とはつま先、足の甲、足の側面、かかとの裏を覆うシューズ部品のことを指します。 靴底と並ぶ2つの不可欠な靴のコンポーネントの1つです。 アッパーは従来、織物で作られており、ポリマー3Dプリンターで製造するのは難しい場合があります。 しかし、一部のシューズブランドは、TPUなどの柔軟なプラスチックを使ってアッパーを作る方法を開発しました。
たとえば、Nike Flyprintは、パフォーマンスフットウェアで初めて3Dプリントされたテキスタイルのアッパーです。 昨年初めて発表されたFlyprintアッパーは、Solid Deposit Modeling（SDM）という、TPUフィラメントを溶かして薄い層にするプロセスで製造されています。
従来の織物アッパーと比べたNikeの3Dプリントアッパーの利点は、層を融合させ、ニットや織物でよく起こる摩擦抵抗をなくしたため、素材の耐久性が高くなったということです。
Flyprintファブリックの構造をよく見ると、いくつかの明確なパターンがあることに気づくでしょう。 シューズの前面には格子を、側面にはより波打つようなものを採用しています。 このようなデザインにより、3Dプリントされていないナイキのテキスタイルよりも、アッパーの軽量化と通気性の向上を実現しています。
他のブランドでも、靴のアッパーに3Dプリントを採用することを検討しています。 たとえば、独立系フットウェアブランドのOliver Cabellは、Phoenixスニーカーのアッパーを、リサイクルされた水ボトルから3Dプリントしています。 1つの靴のアッパーには、約7本の水筒が必要です。まず水筒をフレーク状に破砕し、溶かして長い糸の束にする必要があります。 3271＞アッパーは、ミッドソールに比べると、3Dプリントの用途としてはまだ発展途上の段階にあります。 しかし、3Dプリンティングによって、アッパーの製造に必要な手順やコストを大幅に削減できるため、時間の経過とともに変化する可能性があります。
100%3Dプリントされた靴？
3Dプリントしたシューズ部品の例は豊富にありますが、シューズ全体を3Dプリントすることは可能でしょうか？
今のところ、短い答えは「ノー」です。 しかし、一部の企業は、完全に 3D プリントされたシューズというビジョンに近づきつつあります。 中国のスポーツウェアブランド、PEAK Sports Productsもそのひとつです。 今年初め、中国国内市場に、ほぼ完全な3Dプリントのスニーカーの新モデルを投入した。
新しいスニーカー「FUTURE FUSION PEAK3D」のアッパー、ミッドソール、アウトソールは、SLS（ミッドソールとソール）、押し出し3Dプリント（アッパー）、TPU素材の組み合わせで作成されています。 ただし、インソールとインナーテキスタイルは、明らかに従来の方法で作成されています。
スニーカー以外にも、Kickstarterで最も多くの資金を集めた3Dプリントキャンペーンの1つであるWiivvのサンダルなど、3Dプリントサンダルに関するニュースも多く目にするようになりました。
ただし、3Dプリントサンダルは、サンダルの部品の一部だけが3Dプリントされているので、誤った表現といえます。 たとえば、Wiivv のサンダルでは、アーチサポートだけが 3D プリントされているようですが、他のコンポーネントはより伝統的な方法で製造されています。
靴全体を 3D プリントするというのは魅力的なアイデアですが、現時点ではまだ実現不可能です。
ひとつには、このテクノロジーは、経済的に実行可能でありながら、靴の製造に使用されるすべてのプロセスを置き換えることはできないからです。 従来の製造方法と比較すると、3Dプリント技術は、速度が遅く、拡張性に乏しく、材料の価格もかなり高くなります。 そのため、3Dプリンティングで大量生産を実現するのは難しい課題です。
2つ目の課題は、靴の製造バリューチェーンに関連するものです。 靴の製造では、ラストと呼ばれる木やプラスチックでできた3次元の型を作り、その上に靴を作ります。
靴全体に3Dプリントを採用すると、ラストが不要になるため、メーカーは生産を完全に見直す必要があり、既存のバリューチェーン全体のサプライヤーや関係者に影響を与えることになります。 大きなステップアップが必要なことも、少なくとも今のところ、3Dプリントシューズを手の届かないものにしている要因のひとつです。
3D プリントでフットウェアの新しい機会を創出する
新材料とデジタル生産を組み合わせることにより、3D プリントは革新的なフットウェア製品への扉を開いています。
現在、このテクノロジーは、3Dプリントされた靴のコンポーネントを通じて、高性能のスポーツ シューズやカスタマイズされたサンダルの生産を促進しています。 これにより、フットウェア・ブランドは、新しいデザインを模索し、より大きなカスタマイズ・オプションを導入しながら、市場投入までの時間を短縮することができます。
こうした利点があるにもかかわらず、フットウェアにおける3Dプリントの利用はまだ限られている。この技術は現在、靴業界の集中的で高い生産性のニーズに対応する拡張性を欠いているからである。
とはいえ、フットウェアの3Dプリントは、デジタル製造のトレンドとパーソナライズされた体験の需要に後押しされて、今後も進化を続けるでしょう。
もちろん、3Dプリントを採用することで、フットウェアのバリューチェーンにいくつかの課題が生じ、それらに対処するには時間と労力が必要です。 しかし、ユニークな製品やサービスの提供という形で得られる報酬は、それに十分見合うものかもしれません。 最終的には、フットウェア産業は、消費者製品の大量生産に3Dプリントを採用する最初の主要な企業になる可能性があります
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