18 septembrie 2019
Imprimarea 3D conturează noi posibilități în ingineria încălțămintei, permițând companiilor de încălțăminte să creeze noi modele de încălțăminte și să răspundă cererii tot mai mari de personalizare.
Conform unui raport recent al unei firme de cercetare, SmarTech Analysis, imprimarea 3D a încălțămintei va deveni o oportunitate de venituri de 9 miliarde de dolari în următorii 10 ani. Firma sugerează, de asemenea, că un segment de încălțăminte imprimată 3D va deveni cel mai mare segment de produse de consum tipărite 3D până în 2030.
Dar ce determină această oportunitate uriașă?
În seria Application Spotlight din această săptămână, ne scufundăm în imprimarea 3D pentru încălțăminte, explorând beneficiile, cazurile de utilizare și tendințele care modelează viitorul acestei tehnologii în industria încălțămintei.
Consultați și celelalte aplicații abordate în această serie:
Imprimare 3D pentru schimbătoare de căldură
Imprimare 3D pentru rulmenți
Imprimare 3D pentru fabricarea bicicletelor
Imprimare 3D pentru stomatologie digitală & Fabricarea de aliniatoare transparente
Imprimare 3D pentru implanturi medicale
Rachete cu imprimare 3D și viitorul fabricării navelor spațiale
Imprimare 3D pentru componente electronice
Imprimare 3D în industria feroviară
3D-.Ochelari tipăriți
Imprimare 3D pentru producția de piese finale
Imprimare 3D pentru suporturi
Imprimare 3D pentru piese de turbine
Cum permite imprimarea 3D componente hidraulice mai performante
Cum sprijină imprimarea 3D inovația în industria energiei nucleare
De ce adoptă mărcile de încălțăminte imprimarea 3D?
În prezent, veniturile din imprimarea 3D a încălțămintei reprezintă aproximativ 0,3% din veniturile pieței globale de încălțăminte, potrivit SmarTech Analysis. Această cifră ar urma să crească la 1,5% din totalul veniturilor globale din încălțăminte până în 2029.
În timp ce această creștere este încurajatoare, cifra reală este mică în comparație cu veniturile globale ale pieței de încălțăminte. Acest lucru indică faptul că imprimarea 3D nu va înlocui niciunul dintre procesele de fabricație stabilite prea curând.
Acestea fiind spuse, încălțămintea tipărită 3D ar putea deveni unul dintre cele mai mari segmente din domeniul produselor de consum printate 3D. Această evoluție va fi determinată în principal de două tendințe cheie:
1. Cererea tot mai mare a consumatorilor pentru produse personalizate;
2. Un accent sporit pe fabricarea digitală.
Cererea tot mai mare pentru produse personalizate
Realitatea peisajului de consum de astăzi este că consumatorii cer experiențe personalizate, personalizate.
Ca răspuns, multe companii de încălțăminte permit clienților să comande încălțăminte cu un grad limitat de personalizare, de exemplu, prin oferirea unei selecții limitate de culori.
Primăria 3D, pe de altă parte, permite companiilor să deblocheze un nou nivel de personalizare datorită capacității de a crea încălțăminte special adaptată la persoana care o poartă.
Este adevărat că potențialul de personalizare în masă a încălțămintei este încă în fază incipientă, iar companiile de încălțăminte abia acum încep să dezvolte strategii care să permită personalizarea în masă a încălțămintei.
Cu toate acestea, pe măsură ce mărcile de încălțăminte devin mai îndrăznețe în ceea ce privește utilizarea tehnologiilor de imprimare 3D în producție, vor exista mai multe opțiuni de personalizare.
Un accent sporit pe producția digitală
Un alt factor cheie pentru adoptarea imprimării 3D a încălțămintei este digitalizarea și automatizarea producției.
Fabricarea încălțămintei este un proces în mai multe etape, cu utilizare intensivă a forței de muncă, iar o mare parte a procesului de producție este încă manuală. Este nevoie de o mulțime de mașini și lucrători specializați pentru a fabrica piese separate și a le potrivi împreună pentru a crea o pereche de pantofi finită.
Din acest motiv, companiile de încălțăminte caută noi modalități de optimizare a procesului de fabricație.
Imprimarea 3D oferă o alternativă ideală, permițând companiilor de încălțăminte să eficientizeze producția anumitor componente ale pantofilor.
În comparație cu procesele de fabricație tradiționale, imprimarea 3D nu necesită unelte suplimentare pentru a crea o piesă. În schimb, procesul implică crearea unui model digital și setarea parametrilor, cum ar fi viteza de imprimare și orientarea piesei, pe platforma de construcție, folosind o aplicație software specializată.
Modelul este apoi trimis la o imprimantă 3D, unde o altă aplicație software ghidează automat procesul de imprimare în funcție de modelul digital și de parametrii prestabiliți. Astfel, imprimarea 3D devine o tehnologie de fabricație pur digitală.
Aceasta înseamnă, de asemenea, că producția poate fi eficientizată, reducând în același timp munca manuală implicată în procesul de fabricare a pantofilor.
Toate marile mărci de încălțăminte folosesc imprimarea 3D pentru aplicații de prototipare și turnare de peste un deceniu. Cu toate acestea, în ultimii ani, imprimarea 3D a fost adoptată din ce în ce mai mult pentru a produce componente funcționale pentru încălțăminte.
Producția de piese precum tălpile intermediare pentru adidași a fost cea mai de succes aplicație de încălțăminte pentru imprimarea 3D până în prezent. Unele mărci folosesc tehnologia pentru a crea tălpi intermediare și tălpi interioare pentru adidași, în timp ce altele experimentează cu fețe de adidași și componente de sandale tipărite 3D.
Ce tehnologii de imprimare 3D sunt utilizate pentru fabricarea încălțămintei?
Cel mai comun grup de tehnologii de imprimare 3D utilizate în prezent în producția de încălțăminte este fotopolimerizarea în cuvă. Acest grup cuprinde tehnologiile pe bază de rășină, cum ar fi stereolitografia și prelucrarea digitală a luminii și sinteza digitală a luminii (DLS) de la Carbon.
Aceste tehnologii se bazează pe un proces similar, prin care o sursă de lumină (un laser, un proiector sau diode emițătoare de lumină) este aplicată pe o rășină lichidă strat cu strat, determinând solidificarea acesteia.
Precizia ridicată, vitezele rapide de imprimare și compatibilitatea cu materialele flexibile și elastice, cum ar fi TPU, siliconul și poliuretanul elastic, tipice pentru pantofii sport, au făcut din tehnologiile de imprimare 3D pe bază de rășină o soluție de producție viabilă.
În plus față de tehnologiile pe bază de rășină, producătorii de încălțăminte adoptă, de asemenea, tehnologii pe bază de pulbere, cum ar fi Sinterizarea selectivă cu laser (SLS) și Multi Jet Fusion (MJF) de la HP.
Cele din urmă sunt, de asemenea, optimizate pentru a lucra cu materiale elastomerice și oferă o viteză de imprimare rapidă. Cu toate acestea, spre deosebire de tehnologiile pe bază de rășini utilizate de obicei pentru tălpile intermediare, SLS și MJF sunt mai frecvent utilizate în producția de tălpi interioare.
Dezvoltări de materiale pentru încălțămintea imprimată 3D
Utilizarea cu succes a imprimării 3D în producția de încălțăminte necesită materiale de calitate de producție, de care, până de curând, industria imprimării 3D a fost lipsită.
Dezvoltările recente în ceea ce privește materialele imprimabile 3D prietenoase cu încălțămintea au deschis ușa pentru mai multe aplicații de producție. Acest progres a fost alimentat în mare măsură de colaborarea strânsă dintre furnizorii de tehnologie și mărcile de încălțăminte.
De exemplu, Carbon a colaborat cu Adidas pentru a dezvolta un material poliuretanic elastomeric utilizat pentru talpa intermediară a adidașilor FutureCraft de la Adidas.
În mod similar, New Balance a încheiat un parteneriat cu Formlabs, un producător de imprimante 3D SLA de birou, pentru a produce materiale de imprimare 3D de înaltă performanță potrivite pentru încălțăminte. Împreună, au introdus o nouă rășină fotopolimerică brevetată, Rebound Resin, care este concepută pentru a crea structuri reticulare elastice și puternice.
Când este imprimat, materialul se pare că prezintă aceeași durabilitate și fiabilitate întâlnite în termoplasticele turnate prin injecție.
Beneficiile imprimării 3D în domeniul încălțămintei
Timpul mai scurt de lansare pe piață
Una dintre cele mai mari provocări în producția de încălțăminte este costul și timpul necesar pentru a crea matrițe pentru unitățile de talpă.
Care mărime de încălțăminte necesită o matriță individuală, a cărei creare poate costa mii de dolari. În plus, fabricarea matrițelor are termene de execuție lungi, necesitând mai multe luni de comunicare dus-întors între marcă și fabrici.
În schimb, imprimarea 3D nu necesită matrițe, iar componentele pantofilor pot fi create direct dintr-un fișier de design, permițând producătorilor de pantofi să aducă pantofi noi pe piață mult mai repede.
De exemplu, Adidas utilizează tehnologii automatizate de fabricare a pantofilor, inclusiv imprimarea 3D, în fabricile sale Speedfactories din Germania și America de Nord. Imprimarea 3D este utilizată pentru a crea tălpile intermediare pentru pantofii de alergare Futurecraft de la Adidas și 4D de la Alphaedge.
Combinația dintre imprimarea 3D, automatizarea și producția localizată permite, potrivit rapoartelor, ca Adidas să introducă produsul pe piață de trei ori mai repede decât în cazul producției tradiționale.
Designuri inovatoare
Imprimarea 3D permite mărcilor de încălțăminte să exploreze și să implementeze noi caracteristici de design pentru pantofi. Luați în considerare talpa intermediară: în mod tradițional, aceasta este realizată ca o piesă solidă cu același grad de susținere pe tot parcursul pantofului.
Cu ajutorul imprimării 3D, performanța încălțămintei poate fi îmbunătățită substanțial, datorită capacității de a crea tălpi intermediare cu structuri reticulare, care ar fi imposibil de turnat prin injecție.
Aceste structuri pot fi proiectate pentru a prezenta diferite densități în cadrul unei tălpi intermediare. Prin reglarea diferitelor zone ale unei tălpi intermediare, designerii pot optimiza proprietățile de amortizare în întregul pantof, creând astfel încălțăminte mai performantă.
Personalizare
Un alt beneficiu al imprimării 3D este capacitatea de a crea încălțăminte adaptată la picioarele purtătorului.
Pentru a crea o pereche de pantofi personalizați, companiile folosesc de obicei scanarea 3D pentru a capta măsurile individuale ale picioarelor unui client.
Pe baza scanărilor, designerii generează un design de componente ale pantofilor, cum ar fi tălpile intermediare sau tălpile interioare, care îndeplinesc particularitățile clientului. Designul este apoi trimis la o imprimantă 3D pentru fabricarea directă.
Designerul danez de încălțăminte, ECCO, folosește această abordare pentru a extinde experiența personalizată pentru clienții săi. Anul trecut, producătorul de încălțăminte a introdus proiectul de personalizare a încălțămintei QUANT-U, condus de laboratorul de inovare al ECCO (ILE). Proiectul se desfășoară la magazinul concept experimental al ECCO, W-21, din Amsterdam și oferă o imagine a ceea ce ar putea arăta viitorul producției de încălțăminte.
Magazinul W-21 exploatează imprimarea 3D pentru a oferi clienților care se prezintă la fața locului pantofi personalizați în câteva ore.
Încadrarea acestui lucru este un proces în trei etape care începe de la recoltarea datelor clienților prin scanare 3D și senzori portabili. Datele includ măsurători, cum ar fi conturul arcadei, lungimea, lățimea și volumul piciorului, spațierea degetelor și greutatea corporală distribuită pe tălpile clienților.
Datele sunt apoi interpretate și transpuse într-un design al tălpii intermediare, adaptat la picioarele clientului. Fișierul de proiectare este trimis la o imprimantă 3D la fața locului care produce talpa intermediară într-un material siliconic. Ulterior, talpa intermediară imprimată 3D este integrată în pantofii Flexure de la ECCO pentru a oferi o potrivire perfectă pentru un client.
În prezent, proiectul QUANT-U este disponibil doar pentru o bază de clienți selectă. Dacă se dovedește a fi un succes comercial, nivelul de personalizare pe care îl oferă proiectul ar putea oferi magazinelor de tip brick-and-mortar un avantaj competitiv într-o lume dominată de cumpărăturile online.
Exemple de imprimare 3D în industria încălțămintei
Pantofi imprimați 3D
Pantofi – stratul de absorbție a șocurilor dintre talpa interioară și cea exterioară – sunt poate cel mai mediatizat exemplu de imprimare 3D în încălțăminte.
Pentru început, adidașii cu talpă intermediară imprimată 3D au fost unul dintre primele produse de consum care au fost produse în masă, folosind fabricarea aditivă. În 2019, Adidas rămâne în fruntea imprimării 3D în domeniul încălțămintei, după cum se pare că a produs peste 100.000 de perechi de pantofi cu talpă intermediară imprimată 3D.
Cu toate acestea, Adidas nu este însă singura companie care inovează modele de talpă intermediară cu ajutorul imprimării 3D. În 2019, New Balance a adus pe piață o nouă pereche de adidași cu o componentă a călcâiului imprimată 3D în talpa intermediară.
Cercetașii 990 Sport sunt rezultatul unei noi platforme, TripleCell, care valorifică tehnologia SLA a Formlabs și un nou material proprietar numit Rebound Resin. Rășina este menită să înlocuiască spuma de etilenă-acetat de vinil (EVA) turnată în mod tradițional.
Unul dintre factorii care au determinat această schimbare este capacitatea de a proiecta diferite niveluri de suport în diferite părți ale pantofului. Acest lucru se realizează prin plasarea unor straturi de structuri reticulare cu densități diferite de-a lungul călcâiului. Imprimarea 3D este singura tehnologie capabilă să producă astfel de structuri.
Prin intermediul platformei sale TripleCell, New Balance a dezvoltat un nou tip de toc elastic și elastic, cu durabilitatea și longevitatea unei alternative turnate prin injecție. Este important faptul că imprimarea 3D ajută, de asemenea, compania să localizeze producția, accelerând ciclurile de dezvoltare și producție.
În viitor, ne așteptăm ca dezvoltarea în acest spațiu să continue, cu tot mai multe mărci de încălțăminte sărind în trenul pantofilor cu talpă intermediară imprimată 3D.
Înfățișări imprimate 3D
Înfățișarea este o componentă a încălțămintei care acoperă degetele de la picioare, partea superioară a piciorului, părțile laterale ale piciorului și partea din spate a călcâiului. Este una dintre cele două componente integrale ale încălțămintei alături de tălpi. În mod tradițional, fețele sunt fabricate din material textil, care poate fi dificil de produs pentru imprimantele 3D cu polimeri. Cu toate acestea, unele mărci de încălțăminte au dezvoltat abordări pentru a crea fețe folosind materiale plastice flexibile, cum ar fi TPU.
Căutați exemplul Nike Flyprint: această față este prima față textilă imprimată 3D în încălțăminte de performanță. Prezentată pentru prima dată anul trecut, fețele Flyprint sunt produse cu ajutorul Modelării prin Depunere Solidă (SDM), un proces prin care un filament TPU este topit și așezat în straturi subțiri.
Un avantaj pe care fețele Nike imprimate 3D îl au față de fețele țesute în mod tradițional, este durabilitatea mai mare a materialului, deoarece straturile sunt fuzionate împreună, eliminând rezistența la frecare obișnuită pentru un material textil tricotat sau țesut.
Dacă vă uitați atent la structura țesăturii Flyprint, veți observa câteva modele distincte. Partea din față a pantofului prezintă o rețea, în timp ce părțile laterale folosesc una care seamănă mult mai mult cu un val. Un astfel de design permite ca partea superioară să fie mai ușoară și mai respirabilă decât textilele Nike neimprimate 3D.
Și alte mărci explorează imprimarea 3D pentru fețele de încălțăminte. De exemplu, marca independentă de încălțăminte, Oliver Cabell, imprimă în 3D fețe pentru adidașii săi Phoenix din sticle de apă reciclate. Partea superioară a unui pantof necesită aproximativ șapte sticle de apă, care trebuie să fie mai întâi mărunțite în fulgi, topite și formate în fire lungi de fire. Aceste șuvițe sunt apoi introduse într-o imprimantă 3D pentru a crea partea superioară.
Petele rămân o aplicație mai puțin dezvoltată pentru imprimarea 3D în comparație cu tălpile interioare. Cu toate acestea, acest lucru s-ar putea schimba în timp, deoarece imprimarea 3D ar putea reduce semnificativ etapele și costurile necesare producției de fețe de încălțăminte.
Pantofi 100% imprimați 3D?
În timp ce exemplele de componente de încălțăminte tipărite 3D sunt numeroase, este posibil să se tipărească 3D pantofi întregi?
Pentru moment, răspunsul scurt este nu. Cu toate acestea, unele companii se apropie de viziunea unor pantofi complet tipăriți 3D. Marca chineză de îmbrăcăminte sportivă, PEAK Sports Products, este una dintre aceste companii. Aceasta a introdus pe piața internă chineză, la începutul acestui an, un nou model de adidași aproape complet tipăriți 3D.
Supa, talpa intermediară și talpa exterioară a noilor adidași FUTURE FUSION PEAK3D au fost create folosind o combinație de SLS (pentru talpa intermediară și talpă), imprimare 3D prin extrudare (partea superioară) și un material TPU. Cu toate acestea, talpa și materialul textil interior sunt evident create folosind metode tradiționale.
În afară de adidași, am văzut o mulțime de știri în jurul sandalelor imprimate 3D, inclusiv sandalele Wiivvv, care a fost una dintre cele mai finanțate campanii de imprimare 3D pe Kickstarter.
Cu toate acestea, sandale tipărite 3D este o denumire greșită, deoarece doar o parte din componentele sandalelor sunt tipărite 3D. De exemplu, în cazul sandalelor Wiivv, doar suporturile de arcadă sunt aparent imprimate 3D, în timp ce alte componente sunt produse prin mijloace mai tradiționale.
Imprimarea 3D a unor pantofi întregi este o idee fascinantă, dar în prezent rămâne nefezabilă.
Pentru început, tehnologia nu poate înlocui toate procesele utilizate în fabricarea pantofilor, rămânând în același timp viabilă din punct de vedere economic. În comparație cu producția tradițională, tehnologiile de imprimare 3D sunt mai lente, mai puțin scalabile și au prețuri semnificativ mai mari pentru materiale. Acest lucru face ca realizarea unei producții în masă cu ajutorul imprimării 3D să fie o sarcină dificilă.
Cea de-a doua problemă este asociată cu lanțul valoric al fabricării încălțămintei. Fabricarea încălțămintei implică crearea unei forme, care este o matriță tridimensională din lemn sau plastic pe care se construiește o încălțăminte.
Adoptarea imprimării 3D pentru pantofi întregi ar elimina necesitatea unei forme și ar necesita ca producătorii să regândească complet producția, cu impact asupra furnizorilor și părților interesate din întregul lanț valoric existent. Nevoia unei schimbări semnificative este un alt factor care pune pantofii tipăriți 3D în afara razei de acțiune, cel puțin pentru moment.
Crearea de noi oportunități în domeniul încălțămintei cu ajutorul imprimării 3D
Prin combinarea noilor materiale și a producției digitale, imprimarea 3D deschide ușa pentru produse de încălțăminte inovatoare.
În prezent, tehnologia facilitează producția de încălțăminte sportivă de înaltă performanță și de sandale personalizate prin componente de încălțăminte tipărite 3D. Acest lucru permite mărcilor de încălțăminte să accelereze timpul de lansare pe piață, explorând în același timp noi modele și introducând mai multe opțiuni de personalizare.
În ciuda acestor beneficii, utilizarea imprimării 3D în domeniul încălțămintei rămâne limitată, deoarece tehnologia nu are în prezent scalabilitatea necesară pentru a răspunde nevoilor intensive și de productivitate ridicată ale industriei încălțămintei.
Acesta fiind spus, imprimarea 3D pentru încălțăminte va continua să evolueze, impulsionată de tendințele în domeniul producției digitale și de cererea de experiențe personalizate.
Desigur, adoptarea imprimării 3D va crea unele provocări în lanțul valoric al încălțămintei, iar abordarea acestora va necesita timp și efort. Cu toate acestea, răsplata sub forma unor oferte unice de produse și servicii ar putea să merite. În cele din urmă, industria încălțămintei ar putea deveni prima mare adoptatoare a imprimării 3D pentru producția de masă a produselor de consum.