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                      3D打印幫阿迪把制造搬回德國?3D打印定制鞋大解析

                      3D打印鞋是個持續性的熱門話題,因為與我們的生活息息相關。

                      早些年的時候,3D打印主要用于鞋類的原型制造和概念驗證。也就是在產品設計初期,設計師提出設計概念并利用3D打印轉化為實物模型,用于進一步的設計和改進。

                      隨著技術的進步和人們需求的提高,直接制造被認為是3D打印在制鞋領域的發展趨勢。顧名思義,直接制造是指直接用3D打印生產出最終產品。隨著3D打印技術和材料技術的發展,以及人們個性化需求的提升,利用3D打印進行鞋類的直接制造會越來越普遍。

                      個性化定制:為什么要用3D打印來制鞋?

                      自2013年Nike首次采用3D打印技術制造足球鞋開始,各大鞋類廠商紛紛擁抱3D打印技術,包括Adidas、New Balance、Under Amour以及國內品牌匹克、李寧等等。對制鞋領域而言,3D打印技術之所以如此重要,源自個性化以及定制化的需求。

                      我們每個人的體重,腳型,跑步姿態,落地方式等均有不同,甚至同一個人的左右腳也會有差異。通過三維掃描、足部動態分析等技術,能夠生產出完全匹配每個人腳型的鞋。

                      我們以國內品牌李寧為例,看看如何實現3D打印運動鞋個性化定制。

                      首先對消費者的足部進行三維掃描,獲取足部外形的基礎數據,包括足長,足寬等相關參數。

                      圖片來源:李寧

                      然后通過足底壓力測試設備采集跑步過程中足底壓力動態分布,得到足底各處的壓力分布區域和壓力大小等數據。

                      圖片來源:李寧

                      最后,獲取以上全部數據后,將足型,體重,足底壓力大小及分布等作為參數之一,采用建模技術以及仿真分析技術,由程序自動生成足底三維網格結構,最后就會得到一個完全匹配體重、足型以及足底壓力分布的3D打印鞋底結構。

                      ▲高足弓足底壓力分布及3D打印運動鞋鞋底(圖片來源:李寧)

                      ▲扁平足足底壓力分布及3D打印運動鞋鞋底(圖片來源:李寧)

                      據了解,惠普與3D打印鞋墊公司Superfeet合作,推出了FitStation平臺,通過三維掃描、步態分析來提供個性化定制。新鞋的實際開發過程如下:首先對用戶進行足部分析,然后使用Superfeet公司的注塑機生產鞋的通用部分,再通過可變PU注射、足壓測量、跑步者關節的運動分析,以及個人喜好創造出定制的運動鞋。

                      足部動態分析

                      比利時軟件公司Materialise與惠普達成合作協議,進行完全定制化3D打印鞋墊的設計和制造?;萜誇itStation平臺集成了Materialise的軟件,實現3D設計自動化、打印準備和生產管理功能。

                      惠普打印的鞋墊

                      提到3D打印鞋墊,比利時Materialise公司是該領域的先驅者。通過2014年推出的Phits,Materialise與足部動態分析專家RS Scan攜手,成為全球第一家基于足底壓力動態測量制作3D打印鞋墊的公司。

                      Materialise定制化的3D打印鞋墊

                      利用3D打印技術,人們的定制化需求得到了滿足。除了個性化定制這一大優勢外,3D打印還有諸多好處,包括減少制作周期、降低庫存風險、復雜結構制造、輕量化制造等,這些優勢吸引了越來越多的公司進入到3D打印制鞋的研發中。

                      制造技術與材料

                      如果把一雙跑鞋分為三個部分:鞋面(Upper),中底(Midsole),大底(Outsole)。如果把一只鞋子看成是一輛車的話,那么鞋面相當于車身,中底則相當于懸掛系統,大底則是輪胎??梢?,中底是跑鞋的靈魂,也是區別各大廠商的核心標志,立身之本。

                      鞋中底對人的舒適感極其重要,中底的作用是提供穩定性,緩沖和回彈,吸收運動中產生的沖擊力,在運動中提供保護和比較溫和的腳感。

                      目前大多數3D打印鞋,都是利用3D打印技術來制造鞋中底。

                      ▌激光燒結技術

                      制造鞋底比較普遍的技術之一,是激光燒結技術(SLS),利用高強度激光將TPU粉末燒結,層層堆疊成型。激光燒結3D打印,是廣泛應用的3D打印技術之一,如今在飛機、汽車、生產工具、可穿戴設備中都能找到SLS技術打印的部件。

                      利用SLS技術制造運動鞋,代表廠商有Nike、New Balance、Under Armour以及中國品牌匹克、李寧等。

                      利用TPU材料打印的鞋中底(圖片來源:New Balance)

                      匹克3D打印鞋FUTURE 2.0

                      匹克3D打印鞋FUTURE3.0,鞋底和鞋面都是3D打印技術制成,使產品呈現高強度、輕量化等特征

                      Under Armour“未來主義”鞋底利用SLS技術制成

                      ▌光固化技術

                      Adidas與3D打印公司Carbon達成合作,聯手生產新款3D打印運動鞋Futurecraft 4D。制造技術為數字光合成技術(Digital Light Synthesis,DLS),該技術利用樹脂材料,表面光潔度優于激光燒結技術SLS。

                      Adidas 3D打印鞋局部細節,可見表面非常光滑

                      Futurecraft 4D 運動鞋鞋底打印時間僅為20分鐘

                      “光固化成型”(SLA)是 3D 打印技術的一種,但一直受到光敏材料的耐用性和可塑性的限制。因此立體光刻適合用來制作原型,但不適用于生產最終部件。此外,立體光刻的速度較慢,制造大型零部件需要數小時、甚至是數日才能完成。

                      SLA技術原理圖

                      Carbon公司擁有連續液面生長(Continuous Liquid Interface Production,CLIP)的核心3D打印技術,實現連續不間斷打印,比傳統的光固化3D打印快25-100倍。而該3D打印技術為Carbon公司獨有。3D打印速度的提升,是Carbon的殺手锏,也使得3D打印運動鞋的量產成為可能。

                      打印過程

                      據《市場觀察》(Market Watch)報道, 最晚到 2023 年,耐克及阿迪達斯兩大品牌將有 20% 的產品采用個性化生產。

                      ▌FDM技術

                      FDM技術(熔融沉積成型)是最深入民間的3D打印技術。該技術不涉及激光、高壓、高溫等危險環節,相對其它3D打印技術成本較低。

                      美國初創企業Prevolve利用FDM 3D打印機制造整鞋,使用的材料為柔性TPU線材。每只鞋的打印時間為20-30小時

                      Nike將FDM 3D打印技術應用到鞋面,進行了創新的嘗試。使用的材料為柔性TPU線材,相比于以往的編織鞋面,鞋面密度更高,不僅不會產生不必要的摩擦,還能夠提升鞋面的伸張力以及抗扭轉的強度。

                      Nike 3D打印鞋

                      FDM技術如今已經開始走向消費端。據了解,ECCO在上海開設的ECCO STUDIO Store,已經開始嘗試3D打印個性化定制鞋走向消費端。打印材料為具有良好回彈性和柔韌性的硅膠,鞋底打印時間約為2小時,打印完成后不需要進行后處理。

                      硅膠材料打印的鞋中底

                      ▌讓制造重回德國?

                      面對亞洲勞動成本上升,供應鏈速度低下的問題,阿迪達斯部署“快速工廠”,將生產轉回了德國,更試圖將3D打印等自動化生產方法應用到體育用品生產的全過程,重塑這個價值800億美元的行業。去年6月,Nike也啟動轉型,宣布裁員1400人,關閉25%生產線。

                      曾經,當Adidas的“快速工廠”工廠出現在公眾面前時,“阿迪達斯搬回德國!”聲音讓一些海外工廠擔心不已。在“快速工廠”,從設計到交貨1周內即可搞定。公司稱,一旦設計完成,這個生產周期甚至可能壓縮到1天時間。阿迪達斯稱,他們不會像亞洲的工廠那樣雇傭大量勞動力,每個工廠只需要160人。

                      中國制造(Made in China)是世界上認知度最高的標簽之一。中國是世界第一制造業大國,擁有世界上最完備的工業體系,是世界的“制造之國”。如果3D打印定制化能夠大規模實現,中國是否還能夠保住“制造之國”的美名和實際地位,是一個需要重視起來的問題。

                      眾所周知,當今世界的主流制造工藝是模具工藝,素有“工業之母”的稱號。然而就在所有人都認為模具在工業上無可替代的時候,一個全新的制造工藝殺出來了,那就是3D打印。

                      在3D打印出現以前,個性化定制鞋很難實現,因為成本太過高昂。如今,在3D打印、機器人、人工智能等各種技術綜合使用的基礎上,制鞋領域的大規模生產完全有可能被個性化定制設計所替代。以目前阿迪達斯快速工廠的發展勢頭來看,勞動密集型的傳統制鞋模式或許將面臨更大壓力。

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