當珊瑚舞動時—珊瑚跑步鞋
運動鞋已經成為我們日常生活的一部分,然而,制鞋廠也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。珊瑚跑者,一款由新加坡設計師Shun Pin Pek設計的獨特運動鞋,展示了增材制造如何應對挑戰(zhàn)。
足部可能是最容易被我們忽略的身體部位之一。僅次于我們雙手,他們是我們運動系統(tǒng)最主要的元素之一,在最佳的狀況和最真實的意境下,他們會伴隨著我們走到生命的盡頭。
久而久之,鞋子本身備受關注并深受歡迎。尤其在近十年以來,僅2012-2019年,運動鞋在全球的營業(yè)額從304億歐元增加到617億歐元。到2025年,銷售額預計增加到910億歐元。不足為奇,在未來體育用品制造商將會投資數(shù)百萬歐元來進一步發(fā)展他們的運動鞋組合。

以此同時制鞋業(yè)也面臨著系列挑戰(zhàn)。
- 個性化:未了能完美地適應他們的腳和動作,顧客越來越傾向于量身定制鞋子,以至于提高舒適度和性能。
- 可持續(xù)性:尤其是塑料,目前正遭受著一種形象危機。另外, 過多的不同材質塑料會導致合理的回收很困難。
- 自動化:個性化意味著小批量,小批量反過來需要特殊的工具和模型,這樣會進一步增加公司的成本和導致顧客的交付期變長。
我們來做吧--用3D打印
這就是3D打印發(fā)揮作用的地方,正如它能有效的解決面臨的所有挑戰(zhàn):
CAD數(shù)據(jù):最新的掃描技術提供了高質量的CAD數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)足部已被檢查過的一些真實的數(shù)字圖像。并用于模擬分析人類的步行行為,并將其轉化為相應的個性化虛擬鞋底。這些數(shù)據(jù)可以作為3D打印的模板。
幾何自由度:數(shù)據(jù)和具有代表性的鞋底可以在材料消耗方面進行優(yōu)化。材料只在必要和適當?shù)臅r候使用。新的復雜形狀和結構用于提供新的特性,可以采納。所有這些都不需要工具,使更多的可能性調整材料特性。
工業(yè)4.0:過去幾十年里,3D打印逐漸演變成一項高生產性能和自動化的生產技術,這為自動化大批量產品的定制開辟了一條新道路。

這些挑戰(zhàn)和趨勢對產品和鞋子設計師來說并不新奇,比如來自東京的鞋子設計師Shun Ping Pek。在他孩童時期就對產品的創(chuàng)造有著極高的熱情,并在新加坡南洋理工大學學習產品設計。在美國的一所波特蘭設計學院,通過深入的鞋類設計課程的學習加深了他對鞋類設計的熱情和專業(yè)知識的掌握。
3D打印的隱喻
對于我們大多數(shù)人來說,鞋子是我們日常生活不可分割的一部分。2017年,設計師Shun Ping Pek買了第一臺3D打印機,開始了更深入的研究。沉迷于制作鞋子的挑戰(zhàn)和3D打印無限可能。這位鞋子設計師從他周邊的環(huán)境汲取了設計靈感,無論是日常生活中遇到的物體、圖案還是自然主義元素。這實際豐富了他設計“珊瑚跑鞋”的想象力。
顧名思義,珊瑚,或者更準確地說是珊瑚的生長影響了這款鞋的設計理念,尤其是對于3D打印來說是相當?shù)倪m合。打個比方,珊瑚和3D打印都遵循相似的增長策略。在“珊瑚跑者“項目中,設計師這個想法與珊瑚在3D打印機的粉末床中生長的想法相提并論,就像它們在自然棲息地一樣。幾何圖形既簡單又復雜。在這過程中盡可能的讓鞋子的整體設計保持簡單,但復雜的管結構在表面上起到加固的作用,同時也作為鞋底的輪廓。因此,鞋子的整體只包含一個元素,無接縫、粘合劑或緊固件。
為了制造鞋子的初始原型,Shun Ping Pek決定與維捷合作,他們的高速燒結技術提供了合適的聚合物3D打印工藝。
3D打印最大的優(yōu)勢是按需制造和數(shù)字模型到真實對象的一對一轉移。雖然珊瑚流道理論上也使用了傳統(tǒng)的生產技術,比如注射成型,由于設計上始終如一,這種方法非常具有挑戰(zhàn)性。好在快速燒結技術提供了理想的解決方案。
Shun Ping Pek, 設計師
鞋子是由材料制造商科韋斯特羅(Covestro)用熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)打印的,這是一種專為快速燒結工藝而新認證的材料,一種高彈性的熱塑性材料,用于鞋底的生產已有數(shù)十年。
通過快速燒結技術,維捷可以處理各種聚合物。這些包括經典的聚十二內酰胺(PA12)、聚丙烯,:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA),、尼龍彈性體(PEBA),就像珊瑚流道熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TUP)。在這種情況下,選擇熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TUP)是行得通的,因為他有令人興奮的幾種屬性。它既軟又有彈性,并且很硬很耐用。在快速燒結技術的幫助下,這些性能可影響到所有的三維空間。
這種屬性的定義可以通過所謂的灰度打印實現(xiàn),通過專門控制吸收器的體積噴入粉床,進而將某些建筑區(qū)域染得更深。噴射越多的吸收體,部件就會變得越強。通過使用工業(yè)噴墨打印頭,可以在一層內打印不同的灰度,從而在一層內建立不同的產品特性。至于鞋子,鞋底因此可以完美地適應不同的輪廓模型和緩沖要求。
在珊瑚流道的過程中,未來定型,設計被反復地調整以適應這個過程,在幾何和功能上都對快速燒結工藝進行了改進。
無論是對設計師還是維捷來說,這個項目都是一個陡峭的學習曲線。評估最大壁厚是最大的挑戰(zhàn)之一,以確保鞋有充分的靈動性,同時減少重量和材料的需求。然而,通過對設計的快速數(shù)字適應和隨后的3D打印,這個問題得到了快速的解決。
與傳統(tǒng)的選擇性激光燒結(SLS)相比,快速燒結(HSS)技術允許更快的打印??紤]到該技術的工作原理,我能夠創(chuàng)建改進的功能設計。我相信,隨著技術效率的提高,例如更大的型號,VX1000,我看到快速燒結的潛力正在被調整,超越原型和大規(guī)模制造。
Shun Ping Pek, 設計師
然而,維捷已經將快速燒結進程擴展到VX1000機器,一個3D打印系統(tǒng),在大批量生產上展現(xiàn)了它的優(yōu)勢,直至全自動化系列的生產。或許3d打印的鞋子會很快帶我們走過未來3500年。
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