18 Setembro 2019
3D printing is shaping new possibilities in footwear engineering, enabling footwear companies to create new shoes designs and address the growing demand for customisation.
De acordo com um relatório recente de uma empresa de pesquisa, SmarTech Analysis, a impressão em 3D de calçados deverá crescer para uma oportunidade de receita de 9 bilhões de dólares nos próximos 10 anos. A empresa também sugere que um segmento de calçados impressos em 3D se tornará o maior segmento de produtos de consumo impressos em 3D até 2030.
Mas o que está impulsionando esta enorme oportunidade?
Na série Application Spotlight desta semana, estamos mergulhando na impressão em 3D para calçados, explorando os benefícios, caixas de uso e tendências que moldam o futuro da tecnologia na indústria calçadista.
Dê uma vista de olhos às outras aplicações abrangidas por esta série:
3D Impressão para Permutadores de Calor
3D Impressão para Rolamentos
3D Impressão para Fabricação de Bicicletas
3D Impressão para Odontologia Digital
3D Impressão para Implantes Médicos
3D Impressão para Rochas Impressas e o Futuro da Fabricação de Veículos Espaciais
3D Impressão para Componentes Electrónicos
3D Impressão na Indústria Ferroviária
3D-Impressão de Olhos Impressos
3D Impressão para a Produção de Peças Finais
3D Impressão para Suportes
3D Impressão para Peças de Turbinas
Como a Impressão 3D Permite uma Melhor Conformação de Componentes Hidráulicos
Como a Impressão 3D Suporta a Inovação na Indústria de Energia Nuclear
Por que as marcas de calçados adotam a impressão 3D?
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Atualmente, as receitas de impressão 3D do calçado representam aproximadamente 0,3% das receitas do mercado global de calçado, de acordo com a SmarTech Analysis. Este valor deverá aumentar para 1,5% da receita global de calçados até 2029.
Embora este crescimento seja encorajador, o valor real é pequeno quando comparado com a receita global do mercado calçadista. Isto indica que a impressão em 3D não irá substituir nenhum dos processos de fabricação estabelecidos em breve.
Dito isto, o calçado com impressão em 3D pode se tornar um dos maiores segmentos de produtos de consumo de impressão em 3D. Esta evolução será impulsionada principalmente por duas tendências fundamentais:
1. A crescente demanda do consumidor por produtos personalizados;
2. Um maior foco na fabricação digital.
A crescente demanda por produtos personalizados
A realidade do cenário atual do consumidor é que os consumidores estão exigindo experiências personalizadas e personalizadas.
Em resposta, muitas empresas de calçado permitem aos clientes encomendar calçado com uma quantidade limitada de personalização, oferecendo, por exemplo, uma selecção limitada de cores.
3D impressão, por outro lado, permite às empresas desbloquear um novo nível de personalização, graças à capacidade de criar sapatos especificamente adaptados ao utilizador.
Admittedly, the potential for mass-customised footwear is still in its early stages, and footwear companies are only starting to develop strategies to enable footwear customisation en masse.
No entanto, à medida que as marcas de calçado se tornam mais arrojadas com a utilização de tecnologias de impressão 3D na produção, haverá mais opções de personalização.
Um maior enfoque no fabrico digital
Outro factor-chave para a adopção da impressão 3D do calçado é a digitalização e automatização da produção.
Fabricação de sapatos é um processo multi-passo, de trabalho intensivo, e grande parte do processo de produção ainda é manual. Requer muitas máquinas e trabalhadores especializados para fabricar peças separadas e encaixá-las para criar um par de sapatos acabado.
Com isto em mente, as empresas de calçado estão à procura de novas formas de optimizar o processo de fabrico.
3D impressão oferece uma alternativa ideal, permitindo às empresas de calçado racionalizar a produção de certos componentes do calçado.
Não parecido com os processos tradicionais de fabrico, a impressão em 3D não requer ferramentas adicionais para criar uma peça. Em vez disso, o processo envolve a criação de um modelo digital e a definição de parâmetros, como velocidade de impressão e orientação da peça, na plataforma de construção, usando um software especializado.
O modelo é então enviado para uma impressora 3D, onde outro software guia automaticamente o processo de impressão de acordo com o modelo digital e parâmetros pré-definidos. Isto torna a impressão 3D uma tecnologia de fabrico puramente digital.
Isso também significa que a produção pode ser racionalizada, reduzindo o trabalho manual envolvido no processo de fabricação do calçado.
Todas as principais marcas de calçado têm vindo a utilizar a impressão em 3D para aplicações de prototipagem e moldagem há mais de uma década. Contudo, nos últimos anos, a impressão em 3D tem sido cada vez mais adotada para produzir componentes funcionais para calçados.
Produzir peças como entressolas para tênis tem sido a aplicação de calçados com mais sucesso para a impressão em 3D até hoje. Algumas marcas utilizam a tecnologia para criar entressolas e palmilhas para sapatilhas, enquanto outras estão a experimentar componentes de sapatilhas e sandálias com impressão 3D.
Que tecnologias de impressão 3D são usadas na fabricação de calçados?
O grupo mais comum de tecnologias de impressão 3D usado hoje em dia na produção de calçados é a fotopolimerização de cubas. Este grupo engloba tecnologias baseadas em resina como a Estereolitografia e o Processamento Digital da Luz e a Síntese Digital da Luz do Carbono (DLS).
Estas tecnologias são baseadas num processo semelhante, em que uma fonte de luz (um laser, um projector ou díodos emissores de luz) é aplicada a uma resina líquida camada por camada, causando a sua solidificação.
Alta precisão, rápida velocidade de impressão e compatibilidade com materiais flexíveis e elásticos, como TPU, silicone e poliuretano elástico, típicos para calçados esportivos, tornaram as tecnologias de impressão 3D à base de resina uma solução de produção viável.
Além das tecnologias baseadas em resina, os sapateiros também estão adotando tecnologias baseadas em pó, como a Sinterização Seletiva a Laser (SLS) e a Fusão Multi Jato (MJF) da HP.
Estas também são otimizadas para trabalhar com materiais elastoméricos e oferecem uma velocidade de impressão rápida. No entanto, ao contrário das tecnologias baseadas em resina tipicamente utilizadas para entressolas, as SLS e MJF são mais comumente utilizadas na produção de palmilhas.
Desenvolvimento de materiais para calçado com impressão 3D
O uso bem sucedido da impressão 3D na produção de calçado requer materiais de grau de produção, o que, até recentemente, faltava à indústria de impressão 3D.
Os avanços recentes em materiais de impressão 3D, amigos do calçado, abriram as portas para mais aplicações de produção. Este progresso tem sido largamente alimentado pela estreita colaboração entre os fornecedores de tecnologia e as marcas de calçado.
Por exemplo, Carbon tem trabalhado com a Adidas para desenvolver um material elastomérico de poliuretano usado para entressolas nos ténis FutureCraft da Adidas.
Similiarmente, a New Balance fez uma parceria com a Formlabs, fabricante de impressoras desktop SLA 3D, para produzir materiais de impressão 3D de alto desempenho adequados para calçados. Juntos, eles introduziram uma nova resina fotopolímero patenteada, a Rebound Resin, que foi projetada para criar estruturas elásticas e treliças fortes.
Quando impresso, o material apresenta a mesma durabilidade e confiabilidade encontrada nos termoplásticos moldados por injeção.
Os benefícios da impressão 3D em calçado
Tempo de colocação no mercado mais rápido
Um dos maiores desafios na produção de calçado é o custo e o tempo necessários para criar moldes para solas.
Cada tamanho de calçado requer um molde individual, que pode custar milhares de dólares para criar. Além disso, a fabricação de moldes tem longos prazos de entrega, exigindo vários meses de comunicação entre a marca e as fábricas.
Em contraste, a impressão 3D não requer moldes e componentes de sapatos podem ser criados diretamente de um arquivo de design, permitindo aos sapateiros trazer novos sapatos para o mercado muito mais rapidamente.
Por exemplo, a Adidas usa tecnologias de fabricação automatizada de sapatos, incluindo impressão 3D, em suas fábricas Speedfactories na Alemanha e América do Norte. A impressão 3D é usada para criar entressolas para os sapatos de corrida 4D da Adidas Futurecraft e Alphaedge.
A combinação de impressão 3D, automação e produção localizada permite à Adidas introduzir o produto no mercado três vezes mais rápido do que com a produção tradicional.
Designs inovadores
3D impressão permite às marcas de calçado explorar e implementar novas características de design para sapatos. Considere as entressolas: tradicionalmente, elas são feitas como uma peça sólida com o mesmo grau de apoio em todo o sapato.
Com a impressão 3D, o desempenho do calçado pode ser substancialmente melhorado, graças à capacidade de criar entressolas com estruturas treliçadas, o que seria impossível de moldar por injecção.
Estas estruturas podem ser concebidas para apresentar diferentes densidades dentro de uma entressola. Ao afinar diferentes áreas de uma sola intermédia, os designers podem optimizar as propriedades de amortecimento em todo o sapato, criando assim um calçado de maior desempenho.
Personalização
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Outro benefício da impressão 3D é a capacidade de criar sapatos adaptados aos pés do utilizador.
Para criar um par de sapatos personalizados, as empresas normalmente usam a digitalização em 3D para capturar as medidas individuais dos pés dos clientes.
Baseado nas digitalizações, os designers geram um design de componentes do calçado, como entressolas ou palmilhas, que vão ao encontro das particularidades do cliente. O design é então enviado para uma impressora 3D para fabrico directo.
O designer de calçado dinamarquês, ECCO, está a utilizar esta abordagem para expandir a experiência personalizada dos seus clientes. No ano passado, o sapateiro apresentou o projecto de personalização de calçado QUANT-U, liderado pelo Laboratório de Inovação da ECCO (ILE). O projecto tem lugar na loja conceptual experimental da ECCO, W-21, em Amesterdão, e oferece um vislumbre do futuro da produção de calçado.
A loja W-21 está a aproveitar a impressão em 3D para fornecer aos clientes “walk-in” sapatos personalizados numa questão de horas.
Activar este é um processo de três passos que começa com a recolha de dados do cliente através de digitalização 3D e sensores viáveis. Os dados incluem medições, como contornos de arco, comprimento, largura e volume dos pés, espaçamento dos dedos e peso corporal distribuído pelas solas dos clientes.
Os dados são então interpretados e traduzidos num design da sola intermédia, adaptado aos pés do cliente. O ficheiro de desenho é enviado para uma impressora 3D no local que produz a sola intermédia num material de silicone. Posteriormente, as entressolas impressas em 3D são integradas nos sapatos Flexure da ECCO para oferecer um ajuste perfeito para um cliente.
Currentemente, o projecto QUANT-U está disponível apenas para uma base de clientes seleccionada. Se for comercialmente bem sucedido, o nível de personalização que o projeto oferece pode proporcionar às lojas de tijolo e cimento uma vantagem competitiva em um mundo dominado pelas compras on-line.
Exemplos de impressão 3D na indústria do calçado
3D-solas impressas
Solas intermédias – a camada amortecedora entre a sola interior e exterior – são talvez o exemplo mais publicitado de impressão 3D no calçado.
Para um, os ténis com entressolas impressas em 3D foram um dos primeiros produtos de consumo a serem produzidos em massa, utilizando a fabricação de aditivos. Em 2019, Adidas permanece na vanguarda da impressão 3D em calçados, tendo produzido mais de 100.000 pares de sapatos com entressolas impressas em 3D.
No entanto, a Adidas não é a única empresa a inovar em design de entressolas com impressão em 3D. Em 2019, a New Balance trouxe ao mercado um novo par de sapatilhas com um componente de calcanhar com impressão 3D na entressola.
Os 990 Sport Runners são o resultado de uma nova plataforma, TripleCell, que aproveita a tecnologia SLA da Formlabs e um novo material proprietário chamado Rebound Resin. A resina destina-se a substituir a espuma de acetato de vinil etileno (EVA) moldada tradicionalmente.
Um dos drivers para esta mudança é a capacidade de projetar diferentes níveis de suporte em diferentes partes do sapato. Isto é conseguido colocando camadas de estruturas treliçadas com densidades variáveis ao longo do calcanhar. A impressão 3D é a única tecnologia capaz de produzir tais estruturas.
A través da sua plataforma TripleCell, New Balance desenvolveu um novo tipo de salto elástico e resiliente com a durabilidade e longevidade uma alternativa moldada por injecção. Importante, a impressão 3D também ajuda a empresa a localizar a fabricação, acelerando os ciclos de desenvolvimento e produção.
Adiante, esperamos que o desenvolvimento neste espaço continue, com mais marcas de calçado a saltar na faixa de sapatos com entressolas impressas em 3D.
3D-printed uppers
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Uma parte superior é um componente de calçado que cobre os dedos dos pés, a parte superior do pé, os lados do pé e a parte de trás do calcanhar. É um dos dois componentes integrais do sapato ao lado das solas. A parte superior é tradicionalmente feita de tecido, o que pode ser um desafio para as estampadoras de polímeros 3D produzir. No entanto, algumas marcas de calçado desenvolveram abordagens à criação de gáspeas utilizando plásticos flexíveis como TPU.
Take Nike Flyprint como exemplo: esta parte superior é a primeira parte superior têxtil estampada em 3D em calçado de performance. Apresentada pela primeira vez no ano passado, a parte superior da Flyprint é produzida com a ajuda de Solid Deposit Modeling (SDM), um processo pelo qual um filamento de TPU é fundido e colocado em camadas finas.
Uma vantagem que a parte superior estampada em 3D da Nike tem sobre a parte superior tecida tradicionalmente, é a maior durabilidade do material porque as camadas são fundidas entre si, eliminando a resistência à fricção comum para um tecido de malha ou tecido.
Se olhar atentamente para a estrutura do tecido Flyprint, notará alguns padrões distintos. A parte da frente do sapato tem uma malha, enquanto os lados usam uma que é muito mais tipo onda. Tal desenho permite que a parte superior seja mais leve e respirável do que os tecidos Nike não estampados em 3D.
Outras marcas, também, estão a explorar a impressão em 3D para gáspeas. Por exemplo, a marca independente de calçado, Oliver Cabell, é a impressão em 3D para os seus ténis Phoenix a partir de garrafas de água recicladas. Uma parte superior do calçado requer cerca de sete garrafas de água, que precisam de ser cortadas em flocos, derretidas e formadas em longos fios de fio. Estes fios são então alimentados a uma impressora 3D para criar a parte superior.
A parte superior continua a ser uma aplicação menos desenvolvida para impressão 3D quando comparada com as entressolas. No entanto, ela pode mudar com o tempo, pois a impressão 3D pode reduzir significativamente os passos necessários e os custos de produção de cabedais.
100% sapatos impressos em 3D?
Embora os componentes de sapatos impressos em 3D sejam abundantes, é possível imprimir sapatos inteiros em 3D?
Por enquanto, a resposta curta é não. No entanto, algumas empresas estão se aproximando da visão de sapatos totalmente impressos em 3D. A marca chinesa de roupa desportiva, PEAK Sports Products, é uma dessas empresas. Ela introduziu um novo modelo de tênis quase totalmente estampado em 3D no mercado chinês no início deste ano.
As solas superior, intermédia e exterior dos novos ténis FUTURE FUSION PEAK3D foram criadas utilizando uma combinação de SLS (para a sola intermédia e sola), extrusão de impressão 3D (a parte superior) e um material TPU. No entanto, a palmilha e o tecido interior são evidentemente criados usando métodos tradicionais.
Para além das sapatilhas, vimos muitas novidades em torno das sandálias estampadas em 3D, incluindo as sandálias Wiivv, que foi uma das mais financiadas campanhas de estampagem 3D no Kickstarter.
No entanto, sandálias impressas em 3D é um nome errado, pois apenas alguns dos componentes das sandálias são impressos em 3D. Por exemplo, nas sandálias Wiivv apenas os suportes de arco são aparentemente impressos em 3D, enquanto outros componentes são produzidos usando meios mais tradicionais.
3D imprimir sapatos inteiros é uma ideia fascinante, mas actualmente continua a ser inviável.
Para um, a tecnologia não pode substituir todos os processos utilizados na fabricação de calçados enquanto se mantém economicamente viável. Quando comparada à fabricação tradicional, as tecnologias de impressão 3D são mais lentas, menos escalonáveis e têm preços significativamente mais altos para os materiais. Isso torna a produção em massa com a impressão 3D uma tarefa desafiadora.
A segunda edição está associada à cadeia de valor da fabricação de calçados. A fabricação de calçado envolve a criação de um último, que é um molde tridimensional de madeira ou plástico sobre o qual um sapato é construído.
A opção de impressão 3D para sapatos inteiros eliminaria a necessidade de uma última e exigiria que os fabricantes repensassem completamente a produção, impactando os fornecedores e as partes interessadas ao longo da cadeia de valor existente. A necessidade de uma mudança significativa é outro fator que coloca os sapatos impressos em 3D fora de alcance, pelo menos por enquanto.
Criar novas oportunidades no calçado com impressão em 3D
Ao combinar novos materiais e fabricação digital, a impressão em 3D está abrindo a porta para produtos de calçado inovadores.
Correntemente, a tecnologia está a facilitar a produção de calçado desportivo de alta performance e sandálias personalizadas através de componentes de calçado com estampagem 3D. Isto permite às marcas de calçado acelerar o time-to-market enquanto exploram novos designs e introduzem maiores opções de personalização.
Embora estes benefícios, o uso da impressão em 3D no calçado permanece limitado, uma vez que a tecnologia carece actualmente da escalabilidade para acomodar as necessidades intensivas e de alta produtividade da indústria do calçado.
Dito isto, a impressão em 3D no calçado continuará a evoluir, impulsionada pelas tendências na produção digital e pela procura de experiências personalizadas.
A adopção da impressão em 3D irá criar alguns desafios na cadeia de valor do calçado, e a sua resolução exigirá tempo e esforço. Contudo, a recompensa sob a forma de ofertas únicas de produtos e serviços poderá valer bem a pena. Em última análise, a indústria de calçados poderá se tornar a primeira grande adotadora da impressão em 3D para a produção em massa de produtos de consumo.