18 września 2019
Druk 3D kształtuje nowe możliwości w inżynierii obuwia, umożliwiając firmom obuwniczym tworzenie nowych wzorów butów i adresowanie rosnącego popytu na personalizację.
Zgodnie z ostatnim raportem firmy badawczej, SmarTech Analysis, druk 3D obuwia ma wzrosnąć do 9 miliardów dolarów możliwości przychodów w ciągu najbliższych 10 lat. Firma sugeruje również, że segment obuwia drukowanego w 3D stanie się największym segmentem produktów konsumenckich drukowanych w 3D do roku 2030.
Ale co napędza tę ogromną szansę?
W tym tygodniu w serii Application Spotlight, zagłębiamy się w druk 3D dla obuwia, badając korzyści, przypadki użycia i trendy kształtujące przyszłość tej technologii w przemyśle obuwniczym.
Przyjrzyj się innym aplikacjom omówionym w tej serii:
3D Printing for Heat Exchangers
3D Printing for Bearings
3D Printing for Bike Manufacturing
3D Printing for Digital Dentistry & Clear Aligner Manufacturing
3D Printing for Medical Implants
3D-Printed Rockets and the Future of Spacecraft Manufacturing
3D Printing for Electronic Components
3D Printing in the Rail Industry
3D-.Drukowane Okulary
Druk 3D do Produkcji Części Końcowych
Druk 3D do Wsporników
Druk 3D do Części Turbin
Jak Druk 3D Umożliwia Lepiej Działające Komponenty Hydrauliczne
Jak Druk 3D Wspiera Innowacje w Energetyce Jądrowej
Dlaczego marki obuwnicze przyjmują druk 3D?
Obecnie, przychody z druku 3D w branży obuwniczej stanowią około 0,3% przychodów światowego rynku obuwniczego, według SmarTech Analysis. Do 2029 r. wartość ta ma wzrosnąć do 1,5% całkowitych globalnych przychodów z obuwia.
Choć wzrost ten jest zachęcający, rzeczywista liczba jest niewielka w porównaniu z ogólnymi przychodami rynku obuwniczego. Wskazuje to, że druk 3D nie zastąpi żadnego z ustalonych procesów produkcyjnych w najbliższym czasie.
To powiedziawszy, obuwie drukowane w 3D może stać się jednym z największych segmentów druku 3D produktów konsumenckich. Ewolucja ta będzie przede wszystkim napędzana przez dwa kluczowe trendy:
1. Rosnące zapotrzebowanie konsumentów na spersonalizowane produkty;
2. Zwiększona koncentracja na produkcji cyfrowej.
Rosnące zapotrzebowanie na spersonalizowane produkty
Rzeczywistość dzisiejszego krajobrazu konsumenckiego polega na tym, że konsumenci domagają się zindywidualizowanych, spersonalizowanych doświadczeń.
W odpowiedzi wiele firm obuwniczych umożliwia klientom zamawianie butów z ograniczonym zakresem personalizacji, na przykład poprzez oferowanie ograniczonego wyboru kolorów.
Druk 3D, z drugiej strony, pozwala firmom odblokować nowy poziom personalizacji dzięki możliwości tworzenia butów specjalnie dostosowanych do użytkownika.
Przyznać należy, że potencjał masowo dostosowywanego obuwia jest wciąż we wczesnej fazie rozwoju, a firmy obuwnicze dopiero zaczynają opracowywać strategie umożliwiające masowe dostosowywanie butów.
Jednakże w miarę jak marki obuwnicze będą coraz śmielej korzystać z technologii druku 3D w produkcji, pojawi się więcej opcji personalizacji.
Większy nacisk na produkcję cyfrową
Kolejnym kluczowym czynnikiem sprzyjającym przyjęciu druku 3D w branży obuwniczej jest cyfryzacja i automatyzacja produkcji.
Produkcja butów jest wieloetapowym, pracochłonnym procesem, a duża część procesu produkcyjnego jest nadal ręczna. Wymaga wielu wyspecjalizowanych maszyn i pracowników, aby wyprodukować oddzielne elementy i dopasować je do siebie, aby stworzyć gotową parę butów.
Mając to na uwadze, firmy obuwnicze poszukują nowych sposobów na optymalizację procesu produkcyjnego.
Druk 3D oferuje idealną alternatywę, umożliwiając firmom obuwniczym usprawnienie produkcji niektórych elementów obuwia.
W przeciwieństwie do tradycyjnych procesów produkcyjnych, druk 3D nie wymaga dodatkowego oprzyrządowania do stworzenia części. Zamiast tego, proces obejmuje tworzenie modelu cyfrowego i ustawianie parametrów, takich jak prędkość drukowania i orientacja części, na platformie do budowania, przy użyciu specjalistycznego oprogramowania.
Model jest następnie wysyłany do drukarki 3D, gdzie inna aplikacja automatycznie kieruje procesem drukowania zgodnie z modelem cyfrowym i wstępnie ustawionymi parametrami. Dzięki temu druk 3D jest czysto cyfrową technologią wytwarzania.
To oznacza również, że produkcja może być usprawniona przy jednoczesnym zmniejszeniu pracy ręcznej zaangażowanej w proces produkcji obuwia.
Wszystkie główne marki obuwnicze używają druku 3D do prototypowania i formowania aplikacji już od ponad dekady. Jednakże, w ostatnich latach druk 3D jest coraz częściej wykorzystywany do produkcji funkcjonalnych komponentów obuwia.
Produkcja części takich jak podeszwy środkowe do trampek była do tej pory najbardziej udanym zastosowaniem druku 3D w branży obuwniczej. Niektóre marki wykorzystują tę technologię do tworzenia śródpodeszew i wkładek do trampek, podczas gdy inne eksperymentują z drukowanymi w 3D cholewkami trampek i elementami sandałów.
Jakie technologie druku 3D są wykorzystywane do produkcji obuwia?
Najpowszechniejszą grupą technologii druku 3D wykorzystywanych obecnie w produkcji obuwia jest fotopolimeryzacja kadziowa. W tej grupie znajdują się technologie oparte na żywicach, takie jak Stereolitografia i Digital Light Processing oraz Digital Light Synthesis (DLS) firmy Carbon.
Technologie te opierają się na podobnym procesie, w którym źródło światła (laser, projektor lub diody elektroluminescencyjne) jest nakładane na płynną żywicę warstwa po warstwie, powodując jej zestalenie.
Wysoka dokładność, szybkie tempo drukowania i kompatybilność z elastycznymi i sprężystymi materiałami, takimi jak TPU, silikon i elastyczny poliuretan, typowymi dla obuwia sportowego, sprawiły, że technologie druku 3D oparte na żywicy stały się realnym rozwiązaniem produkcyjnym.
Oprócz technologii opartych na żywicach, producenci obuwia stosują również technologie oparte na proszkach, takie jak selektywne spiekanie laserowe (SLS) i Multi Jet Fusion (MJF) firmy HP.
Te również są zoptymalizowane do pracy z materiałami elastomerowymi i oferują dużą szybkość druku. Jednak w przeciwieństwie do technologii opartych na żywicach, które są zazwyczaj stosowane do produkcji podeszew środkowych, SLS i MJF są częściej wykorzystywane do produkcji wkładek.
Rozwój materiałów dla obuwia drukowanego w 3D
Skuteczne wykorzystanie druku 3D w produkcji obuwia wymaga materiałów klasy produkcyjnej, których do niedawna brakowało w branży druku 3D.
Ostatnie postępy w zakresie przyjaznych dla obuwia materiałów do druku 3D otworzyły drzwi dla większej liczby zastosowań produkcyjnych. Postęp ten był w dużej mierze napędzany przez bliską współpracę pomiędzy dostawcami technologii i markami obuwniczymi.
Na przykład Carbon współpracował z Adidasem w celu opracowania elastomerowego materiału poliuretanowego używanego do produkcji podeszwy środkowej w sneakersach FutureCraft firmy Adidas.
Podobnie, New Balance nawiązał współpracę z Formlabs, producentem biurkowych drukarek 3D SLA, w celu produkcji wysokowydajnych materiałów do druku 3D, odpowiednich dla obuwia. Wspólnie wprowadzili nową, autorską żywicę fotopolimerową – Rebound Resin, która została zaprojektowana do tworzenia sprężystych i mocnych struktur kratowych.
Po wydrukowaniu, materiał podobno wykazuje taką samą trwałość i niezawodność, jaką można znaleźć w formowanych wtryskowo tworzywach termoplastycznych.
Korzyści z druku 3D w obuwiu
Szybszy czas wprowadzenia na rynek
Jednym z największych wyzwań w produkcji obuwia jest koszt i czas wymagany do stworzenia form jednostek podeszwy.
Każdy rozmiar buta wymaga indywidualnej formy, której stworzenie może kosztować tysiące dolarów. Co więcej, produkcja form ma długi czas realizacji, wymagając kilku miesięcy komunikacji tam i z powrotem pomiędzy marką a fabrykami.
W przeciwieństwie do tego, druk 3D nie wymaga form, a komponenty butów mogą być tworzone bezpośrednio z pliku projektowego, pozwalając producentom butów na wprowadzanie nowych butów na rynek znacznie szybciej.
Na przykład, Adidas wykorzystuje zautomatyzowane technologie produkcji butów, w tym druk 3D, w swoich fabrykach Speedfactories w Niemczech i Ameryce Północnej. Druk 3D jest wykorzystywany do tworzenia podeszw środkowych dla butów do biegania Futurecraft firmy Adidas i 4D firmy Alphaedge.
Połączenie druku 3D, automatyzacji i produkcji lokalnej umożliwia podobno firmie Adidas wprowadzenie produktu na rynek trzy razy szybciej niż w przypadku produkcji tradycyjnej.
Innowacyjne projekty
Druk 3D umożliwia markom obuwniczym odkrywanie i wdrażanie nowych cech projektowych butów. Rozważmy podeszwy środkowe: tradycyjnie, są one wykonane jako solidny kawałek z tym samym stopniem wsparcia w całym bucie.
Dzięki drukowi 3D, wydajność butów może zostać znacznie poprawiona, dzięki możliwości tworzenia podeszew środkowych o strukturze kratowej, co byłoby niemożliwe do wykonania metodą wtryskową.
Struktury te mogą być zaprojektowane tak, aby charakteryzowały się różną gęstością w obrębie podeszwy środkowej. Dostosowując różne obszary podeszwy środkowej, projektanci mogą zoptymalizować właściwości amortyzujące w całym bucie, tworząc w ten sposób obuwie o wyższych osiągach.
Dostosowywanie
Kolejną zaletą druku 3D jest możliwość tworzenia butów dostosowanych do stóp użytkownika.
Aby stworzyć niestandardową parę butów, firmy zazwyczaj używają skanowania 3D, aby uchwycić indywidualne pomiary stóp klienta.
Na podstawie skanów, projektanci generują projekt komponentów obuwia, takich jak podeszwy środkowe lub wkładki, które spełniają wymagania klienta. Projekt jest następnie przesyłany do drukarki 3D w celu bezpośredniej produkcji.
Duński projektant obuwia, ECCO, wykorzystuje to podejście, aby rozszerzyć spersonalizowane doświadczenie dla swoich klientów. W zeszłym roku producent butów wprowadził projekt personalizacji obuwia QUANT-U, prowadzony przez ECCO’s Innovation Lab (ILE). Projekt odbywa się w eksperymentalnym sklepie koncepcyjnym ECCO, W-21, w Amsterdamie i oferuje wgląd w to, jak może wyglądać przyszłość produkcji obuwia.
Sklep W-21 wykorzystuje druk 3D, aby zapewnić klientom wchodzącym do sklepu buty na miarę w ciągu kilku godzin.
Umożliwienie tego jest trzystopniowym procesem, który zaczyna się od zbierania danych klienta poprzez skanowanie 3D i czujniki do noszenia. Dane te obejmują pomiary, takie jak kontury łuków, długość, szerokość i objętość stopy, rozstaw palców i ciężar ciała rozłożony na podeszwach klientów.
Dane te są następnie interpretowane i tłumaczone na projekt podeszwy środkowej, dostosowany do stóp klienta. Plik projektowy jest wysyłany do drukarki 3D na miejscu, która produkuje podeszwę środkową z materiału silikonowego. Następnie, wydrukowane w 3D podeszwy środkowe są zintegrowane z butami ECCO Flexure, aby zaoferować idealne dopasowanie dla klienta.
Obecnie, projekt QUANT-U jest dostępny tylko dla wybranych klientów. Jeśli okaże się komercyjnym sukcesem, poziom personalizacji, jaki oferuje projekt, może zapewnić sklepom stacjonarnym przewagę konkurencyjną w świecie zdominowanym przez zakupy online.
Przykłady druku 3D w przemyśle obuwniczym
Podeszwy środkowe drukowane w technologii 3D
Podeszwy środkowe – warstwa absorbująca wstrząsy pomiędzy podeszwą wewnętrzną a zewnętrzną – są być może najbardziej nagłośnionym przykładem druku 3D w obuwiu.
Dla jednego, trampki z wydrukowanymi w 3D podeszwami środkowymi były jednym z pierwszych produktów konsumenckich produkowanych masowo, przy użyciu wytwarzania addytywnego. W 2019 r. Adidas pozostaje na czele druku 3D w obuwiu, wyprodukowawszy podobno ponad 100 000 par butów z wydrukowanymi w 3D podeszwami środkowymi.
Jednakże Adidas nie jest jedyną firmą wprowadzającą innowacyjne projekty podeszwy środkowej za pomocą druku 3D. W 2019 roku New Balance wprowadził na rynek nową parę trampek wyposażonych w wydrukowany w 3D element pięty w podeszwie środkowej.
Biegacze 990 Sport są wynikiem nowej platformy TripleCell, która wykorzystuje technologię SLA firmy Formlabs i nowy zastrzeżony materiał o nazwie Rebound Resin. Żywica ta ma zastąpić tradycyjnie formowaną piankę z octanu etylenu winylu (EVA).
Jednym z czynników napędzających tę zmianę jest możliwość zaprojektowania różnych poziomów wsparcia w różnych częściach buta. Osiąga się to poprzez umieszczenie warstw struktur kratowych o różnej gęstości w całej pięcie. Druk 3D jest jedyną technologią zdolną do wytwarzania takich struktur.
Dzięki platformie TripleCell, New Balance stworzył nowy typ sprężystej i elastycznej pięty o trwałości i długowieczności alternatywy formowanej wtryskowo. Co ważne, druk 3D pomaga również firmie zlokalizować produkcję, przyspieszając cykle rozwoju i produkcji.
Dalej, oczekujemy, że rozwój w tej przestrzeni będzie kontynuowany, a kolejne marki obuwnicze wskoczą do wagonu butów z podeszwami środkowymi drukowanymi w 3D.
Cholewki z nadrukiem 3D
Cholewka to element buta, który pokrywa palce, wierzch stopy, boki stopy i tył pięty. Jest to jeden z dwóch integralnych elementów obuwia obok podeszwy. Cholewki są tradycyjnie wykonane z tekstyliów, których produkcja może być trudna dla drukarek 3D drukujących polimery. Jednakże niektóre marki obuwnicze opracowały podejście do tworzenia cholewek przy użyciu elastycznych tworzyw sztucznych, takich jak TPU.
Przykładem może być Nike Flyprint: ta cholewka jest pierwszą tekstylną cholewką drukowaną 3D w obuwiu wyczynowym. Po raz pierwszy zaprezentowane w zeszłym roku, cholewki Flyprint są produkowane przy pomocy Solid Deposit Modeling (SDM), procesu, w którym włókno TPU jest topione i układane w cienkich warstwach.
Jedną z zalet cholewek Nike z nadrukiem 3D w porównaniu do tradycyjnie tkanych cholewek, jest większa wytrzymałość materiału, ponieważ warstwy są połączone ze sobą, eliminując opór tarcia wspólny dla dzianiny lub tkaniny.
Jeśli przyjrzysz się bliżej strukturze tkaniny Flyprint, zauważysz kilka wyraźnych wzorów. W przedniej części buta znajduje się siatka, natomiast po bokach zastosowano wzór bardziej przypominający fale. Taka konstrukcja sprawia, że cholewka jest lżejsza i bardziej oddychająca niż tekstylia Nike bez nadruku 3D.
Inne marki również badają druk 3D dla cholewek butów. Na przykład, niezależna marka obuwnicza, Oliver Cabell, drukuje w 3D cholewki swoich trampek Phoenix z przetworzonych butelek po wodzie. Jedna cholewka buta wymaga około siedmiu butelek po wodzie, które muszą być najpierw rozdrobnione na płatki, stopione i uformowane w długie pasma przędzy. Te nitki są następnie podawane do drukarki 3D, aby stworzyć cholewkę.
Cholewki pozostają mniej rozwiniętym zastosowaniem druku 3D w porównaniu do podeszwy środkowej. Jednak z czasem może się to zmienić, ponieważ druk 3D może znacznie zmniejszyć niezbędne kroki i koszty produkcji cholewek.
100% butów wydrukowanych w 3D?
Choć przykładów wydrukowanych w 3D komponentów butów jest mnóstwo, czy możliwe jest drukowanie 3D całych butów?
Jak na razie, krótka odpowiedź brzmi: nie. Jednakże niektóre firmy zbliżają się do wizji w pełni wydrukowanych w 3D butów. Chińska marka odzieży sportowej, PEAK Sports Products, jest jedną z takich firm. Na początku tego roku wprowadziła ona na krajowy rynek chiński nowy model niemal w pełni wydrukowanych w 3D sneakersów.
Cholewka, podeszwa środkowa i podeszwa zewnętrzna nowych sneakersów FUTURE FUSION PEAK3D zostały stworzone przy użyciu kombinacji SLS (dla podeszwy środkowej i podeszwy), ekstruzyjnego druku 3D (cholewka) i materiału TPU. Jednak wkładka i wewnętrzny materiał tekstylny zostały ewidentnie stworzone przy użyciu tradycyjnych metod.
Oprócz sneakersów, widzieliśmy wiele wiadomości na temat drukowanych w 3D sandałów, w tym sandały Wiivv’a, które były jedną z najbardziej finansowanych kampanii druku 3D na Kickstarterze.
Jednakże, 3D-printed sandal to błędne określenie, gdyż tylko niektóre z komponentów sandałów są drukowane 3D. Na przykład, w sandałach Wiivv’a tylko wsporniki łuku są najwyraźniej drukowane 3D, podczas gdy inne komponenty są produkowane przy użyciu bardziej tradycyjnych środków.
Drukowanie 3D całych butów jest fascynującym pomysłem, ale obecnie pozostaje niewykonalne.
Po pierwsze, technologia ta nie jest w stanie zastąpić wszystkich procesów wykorzystywanych w produkcji butów, pozostając jednocześnie ekonomicznie opłacalną. W porównaniu do tradycyjnej produkcji, technologie druku 3D są wolniejsze, mniej skalowalne i mają znacznie wyższe ceny materiałów. To sprawia, że osiągnięcie masowej produkcji za pomocą druku 3D jest trudnym zadaniem.
Drugi problem związany jest z łańcuchem wartości produkcji obuwia. Produkcja obuwia obejmuje tworzenie kopyta, które jest trójwymiarową drewnianą lub plastikową formą, na której konstruowany jest but.
Wprowadzenie druku 3D do całych butów wyeliminowałoby potrzebę stosowania kopyta i wymagałoby od producentów całkowitego przemyślenia produkcji, co miałoby wpływ na dostawców i interesariuszy w całym istniejącym łańcuchu wartości. Potrzeba znaczącej zmiany jest kolejnym czynnikiem, który sprawia, że buty drukowane w 3D są poza zasięgiem, przynajmniej na razie.
Tworzenie nowych możliwości w branży obuwniczej dzięki drukowi 3D
Dzięki połączeniu nowych materiałów i cyfrowej produkcji, druk 3D otwiera drzwi dla innowacyjnych produktów obuwniczych.
Obecnie technologia ta ułatwia produkcję wysokowydajnych butów sportowych i sandałów dostosowanych do potrzeb klienta dzięki drukowanym w 3D elementom obuwia. Pozwala to markom obuwniczym na skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek przy jednoczesnym odkrywaniu nowych wzorów i wprowadzaniu większych możliwości personalizacji.
Mimo tych korzyści, zastosowanie druku 3D w obuwiu pozostaje ograniczone, ponieważ technologia ta nie jest obecnie wystarczająco skalowalna, aby zaspokoić intensywne i wysokoproduktywne potrzeby przemysłu obuwniczego.
Jednakże, obuwniczy druk 3D będzie nadal ewoluował, napędzany przez trendy w produkcji cyfrowej i popyt na spersonalizowane doświadczenia.
Oczywiście, zaadoptowanie druku 3D stworzy pewne wyzwania w łańcuchu wartości obuwia, a ich rozwiązanie będzie wymagało czasu i wysiłku. Jednak nagroda w postaci unikalnych produktów i usług może być tego warta. Ostatecznie, branża obuwnicza może stać się pierwszym głównym odbiorcą druku 3D do masowej produkcji produktów konsumenckich.
.