鞋類增材制造4.0
基于粉末的3D打印如何革新跑步的未來(lái)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,一個(gè)型號(hào)系列的所有鞋子都是一樣的,唯一的例外是昂貴的、為精英運(yùn)動(dòng)員量身定做的特殊型號(hào)。現(xiàn)在,鞋類制造商有了新的創(chuàng)新潛力,voxeljet的3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)量身定做的鞋子,甚至可以為消費(fèi)者提供性能和舒適度提升的功能。增材制造工藝,如voxeljet的高速燒結(jié)技術(shù),通過(guò)定制化生產(chǎn)和材料開(kāi)發(fā),為明天的鞋類增材制造鋪平了道路。
VOXELJET高速燒結(jié):用于定制鞋類組件的聚合物3D打印
事實(shí)上,這種定制鞋可以考慮到個(gè)人的腳型、體重和步幅,這也為終端客戶帶來(lái)了特殊的好處。然而,從制造商的角度來(lái)看,高速燒結(jié)(HSS)工藝的優(yōu)勢(shì)不僅僅只給客戶帶來(lái)好處。有了高速燒結(jié),幾乎所有的生產(chǎn)參數(shù)都可以調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)、更快速、更環(huán)保的制造工藝,同時(shí)還可以根據(jù)不同的材料定制工藝。
目前幾乎沒(méi)有一個(gè)制造業(yè)的產(chǎn)品經(jīng)理能夠回避 “網(wǎng)格結(jié)構(gòu) “這個(gè)炒作的話題。這是一種抽象的、以自然為模型的CAD生成的網(wǎng)格設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)給產(chǎn)品帶來(lái)了最大的穩(wěn)定性和耐久性,并可以節(jié)省大量的材料和實(shí)現(xiàn)大幅減重。因此,難怪連市場(chǎng)領(lǐng)先的運(yùn)動(dòng)鞋制造商都對(duì)快速成型制造工藝產(chǎn)生了極大的興趣。通過(guò)3D打印格子結(jié)構(gòu),可以降低生產(chǎn)成本,而且由于節(jié)省了材料,制造過(guò)程也保護(hù)了環(huán)境。根據(jù)工藝和材料的不同,未燒結(jié)塑料可以被回收并反饋到生產(chǎn)過(guò)程中。
3D打印技術(shù)在鞋類行業(yè)的發(fā)展歷程
目前已有多家制鞋企業(yè)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于中底或鞋墊等其他鞋類部件的生產(chǎn)。液體樹(shù)脂加工增材技術(shù)是常見(jiàn)的方法,在這種方法中,需要燒結(jié)的區(qū)域被選擇性地暴露在光下,從而被硬化。雖然這些方法為打印具有精細(xì)細(xì)節(jié)和良好表面性能的防水鞋部件提供了可能,但加工材料和打印部件本身相對(duì)較重。
大多數(shù)增材制造工藝的操作都是以幾何學(xué)為導(dǎo)向的,它們?yōu)樾械牟煌瑧?yīng)力區(qū)生產(chǎn)蜂窩或其他仿生網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。因此,例如結(jié)構(gòu)的壁厚必須變得更厚,以獲得更大的穩(wěn)定性。而HSS工藝則是通過(guò)可變的油墨輸入來(lái)工作的,它可以在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同的材料特性,如強(qiáng)度或剛性,都可以在固體材料中實(shí)現(xiàn)。不同數(shù)量的紅外吸收油墨可以印在鞋底的受力區(qū)域,在燒結(jié)過(guò)程中,組件在這一點(diǎn)上獲得更高的強(qiáng)度。作為進(jìn)一步的選擇,與所有的快速成型制造工藝一樣,使用HSS,您還可以在上面使用晶格結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同程度的強(qiáng)度。通過(guò)voxeljet的HSS灰度打印,制鞋商可以針對(duì)穿著舒適度、穩(wěn)定性和彈性等方面的特定負(fù)荷,優(yōu)化3D打印鞋組件的各個(gè)部分。
HSS過(guò)程和灰度打?。喝绾喂ぷ?/span>
voxeljet的HSS灰度是一種用于創(chuàng)建目標(biāo)屬性可變的三維部件的3D打印工藝。所生產(chǎn)的機(jī)體的材料屬性可以在所有三維空間中單獨(dú)影響。這種屬性可以是機(jī)械強(qiáng)度或彈性和材料密度,從而影響3D打印物體的重量和重心。最大的優(yōu)點(diǎn)是:這些變化的材料屬性在后期的部件中是看不到的。
在高速燒結(jié)藝中,在加熱的建筑平臺(tái)上涂抹一層薄薄的塑料粉末,如TPU、EVA或TPE。隨后,噴墨打印頭在平臺(tái)上移動(dòng),并有選擇地將紅外光吸收墨水涂抹在構(gòu)建區(qū)域。完成后,紅外光輻射到建筑平臺(tái)上。塑料粉末的印刷區(qū)域吸收熱量,使其與底層燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程完成后,將施工平臺(tái)降低一層厚度,然后涂抹下一層塑料粉末并進(jìn)行印刷。這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行,直到完成例如中底的構(gòu)造。隨后,帶有燒結(jié)部件的整個(gè)構(gòu)造空間在印刷系統(tǒng)內(nèi)部或外部冷卻。最后,鞋底可以從周圍的粉末中取出并進(jìn)一步加工。由于選擇性的溫度輸入,未粘接的粉末仍然是松散的,并且可以根據(jù)使用的材料重新用于進(jìn)一步的印刷過(guò)程。
灰度值、灰度或灰度等級(jí)表示印入粉末的油墨量。根據(jù)所使用的材料,最多可以將六個(gè)不同的灰度等級(jí)打印到粉末材料中。噴墨噴頭是通過(guò)位圖控制的。由于噴頭控制著HSS工藝中的紅外吸收油墨量,因此可以改變吸收劑的墨滴大小,從而改變單位體積的灰度值。灰色調(diào)越深,印刷材料能從紅外燈吸收的熱能越多。這不僅使鞋底具有立體形狀,還能同時(shí)增加和整合三維機(jī)械性能。
此外,灰度還可以與抖動(dòng)(通過(guò)某些像素排列/光柵化來(lái)模擬實(shí)際上不存在的中間步驟)相結(jié)合。這樣就可以更精細(xì)地調(diào)整吸收系數(shù)、能量輸入,從而調(diào)整粉末材料的有效溫度,這對(duì)材料特性有進(jìn)一步的影響。
開(kāi)放源碼實(shí)現(xiàn)了對(duì)材料需求的自由定制
對(duì)于HSS,voxeljet依靠開(kāi)源軟件ProPrint來(lái)控制其3D打印系統(tǒng)。開(kāi)源解決方案的亮點(diǎn),客戶可以根據(jù)自己的材料需求自由定制所有打印參數(shù)。例如,ProPrint和集成的voxeljet數(shù)據(jù)分析工具Vamos允許自由控制打印粉末熔化的溫度輸入。層厚、油墨轉(zhuǎn)移和一般工藝流程也可以自由調(diào)節(jié)。3D打印專家voxeljet這項(xiàng)年輕的技術(shù),對(duì)于鞋業(yè)來(lái)說(shuō),有很大的潛力,可以重塑鞋子。材料多樣性、資源節(jié)約、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、為終端客戶提供定制化服務(wù)和性能提升,這只是其中的一些潛在優(yōu)勢(shì)
灰度印刷的技術(shù)指標(biāo)
- 可通過(guò)油墨輸入打印不同程度的硬度。
- 最多可以有6個(gè)灰度等級(jí)
- 根據(jù)材料的不同,能量吸收的灰度變量。
- 與抖動(dòng)相比,邊緣銳度更好
- 高度的細(xì)節(jié)
- 比單獨(dú)的抖動(dòng)更高的零件強(qiáng)度
- 更多的組合可以通過(guò)抖動(dòng)實(shí)現(xiàn)更多的變化。
- 更光滑的表面
進(jìn)一步的案例研究
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