當(dāng)珊瑚舞動(dòng)時(shí)—珊瑚跑步鞋
運(yùn)動(dòng)鞋已經(jīng)成為我們?nèi)粘I畹囊徊糠?,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(shè)計(jì)師Shun Pin Pek設(shè)計(jì)的獨(dú)特運(yùn)動(dòng)鞋,展示了增材制造如何應(yīng)對(duì)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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最主要的元素之一,在最佳的狀況和最真實(shí)的意境下,他們會(huì)伴隨著我們走到生命的盡頭。
久而久之,鞋子本身備受關(guān)注并深受歡迎。尤其在近十年以來(lái),僅2012-2019年,運(yùn)動(dòng)鞋在全球的營(yíng)業(yè)額從304億歐元增加到617億歐元。到2025年,銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)增加到910億歐元。不足為奇,在未來(lái)體育用品制造商將會(huì)投資數(shù)百萬(wàn)歐元來(lái)進(jìn)一步發(fā)展他們的運(yùn)動(dòng)鞋組合。

以此同時(shí)制鞋業(yè)也面臨著系列挑戰(zhàn)。
- 個(gè)性化:未了能完美地適應(yīng)他們的腳和動(dòng)作,顧客越來(lái)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(jī)。另外, 過(guò)多的不同材質(zhì)塑料會(huì)導(dǎo)致合理的回收很困難。
- 自動(dòng)化:個(gè)性化意味著小批量,小批量反過(guò)來(lái)需要特殊的工具和模型,這樣會(huì)進(jìn)一步增加公司的成本和導(dǎo)致顧客的交付期變長(zhǎng)。
我們來(lái)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(shù)提供了高質(zhì)量的CAD數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)足部已被檢查過(guò)的一些真實(shí)的數(shù)字圖像。并用于模擬分析人類(lèi)的步行行為,并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的個(gè)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(jìn)行優(yōu)化。材料只在必要和適當(dāng)?shù)臅r(shí)候使用。新的復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)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(diào)整材料特性。
工業(yè)4.0:過(guò)去幾十年里,3D打印逐漸演變成一項(xiàng)高生產(chǎn)性能和自動(dòng)化的生產(chǎn)技術(shù),這為自動(dòng)化大批量產(chǎn)品的定制開(kāi)辟了一條新道路。

這些挑戰(zhàn)和趨勢(shì)對(duì)產(chǎn)品和鞋子設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)并不新奇,比如來(lái)自東京的鞋子設(shè)計(jì)師Shun Ping Pek。在他孩童時(shí)期就對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)造有著極高的熱情,并在新加坡南洋理工大學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在美國(guó)的一所波特蘭設(shè)計(jì)學(xué)院,通過(guò)深入的鞋類(lèi)設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)加深了他對(duì)鞋類(lèi)設(shè)計(jì)的熱情和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握。
3D打印的隱喻
對(duì)于我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō),鞋子是我們?nèi)粘I畈豢煞指畹囊徊糠帧?017年,設(shè)計(jì)師Shun Ping Pek買(mǎi)了第一臺(tái)3D打印機(jī),開(kāi)始了更深入的研究。沉迷于制作鞋子的挑戰(zhàn)和3D打印無(wú)限可能。這位鞋子設(shè)計(jì)師從他周邊的環(huán)境汲取了設(shè)計(jì)靈感,無(wú)論是日常生活中遇到的物體、圖案還是自然主義元素。這實(shí)際豐富了他設(shè)計(jì)“珊瑚跑鞋”的想象力。
顧名思義,珊瑚,或者更準(zhǔn)確地說(shuō)是珊瑚的生長(zhǎng)影響了這款鞋的設(shè)計(jì)理念,尤其是對(duì)于3D打印來(lái)說(shuō)是相當(dāng)?shù)倪m合。打個(gè)比方,珊瑚和3D打印都遵循相似的增長(zhǎng)策略。在“珊瑚跑者“項(xiàng)目中,設(shè)計(jì)師這個(gè)想法與珊瑚在3D打印機(jī)的粉末床中生長(zhǎng)的想法相提并論,就像它們?cè)谧匀粭⒌匾粯?。幾何圖形既簡(jiǎn)單又復(fù)雜。在這過(guò)程中盡可能的讓鞋子的整體設(shè)計(jì)保持簡(jiǎn)單,但復(fù)雜的管結(jié)構(gòu)在表面上起到加固的作用,同時(shí)也作為鞋底的輪廓。因此,鞋子的整體只包含一個(gè)元素,無(wú)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(jié)技術(shù)提供了合適的聚合物3D打印工藝。
3D打印最大的優(yōu)勢(shì)是按需制造和數(shù)字模型到真實(shí)對(duì)象的一對(duì)一轉(zhuǎn)移。雖然珊瑚流道理論上也使用了傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù),比如注射成型,由于設(shè)計(jì)上始終如一,這種方法非常具有挑戰(zhàn)性。好在快速燒結(jié)技術(shù)提供了理想的解決方案。
Shun Ping Pek, 設(shè)計(jì)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(zhuān)為快速燒結(jié)工藝而新認(rèn)證的材料,一種高彈性的熱塑性材料,用于鞋底的生產(chǎn)已有數(shù)十年。
通過(guò)快速燒結(jié)技術(shù),維捷可以處理各種聚合物。這些包括經(jīng)典的聚十二內(nèi)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?yàn)樗辛钊伺d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(jié)技術(shù)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(guò)所謂的灰度打印實(shí)現(xiàn),通過(guò)專(zhuān)門(mén)控制吸收器的體積噴入粉床,進(jìn)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(huì)變得越強(qiáng)。通過(guò)使用工業(yè)噴墨打印頭,可以在一層內(nèi)打印不同的灰度,從而在一層內(nèi)建立不同的產(chǎn)品特性。至于鞋子,鞋底因此可以完美地適應(yīng)不同的輪廓模型和緩沖要求。
在珊瑚流道的過(guò)程中,未來(lái)定型,設(shè)計(jì)被反復(fù)地調(diào)整以適應(yīng)這個(gè)過(guò)程,在幾何和功能上都對(duì)快速燒結(jié)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。
實(shí)踐中學(xué)習(xí)
每個(gè)設(shè)計(jì)迭代可以意識(shí)到在幾天內(nèi)沒(méi)有工具: 數(shù)據(jù)可以在電腦上快速編輯,并且能立刻轉(zhuǎn)送到打印系統(tǒng),盡可能的將產(chǎn)品掌握在自己手中。測(cè)試其屬性,必要時(shí)重新評(píng)估設(shè)計(jì)。這就是3D打印的強(qiáng)大之處。它可以在最短的時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng),以加速產(chǎn)品的進(jìn)化和鑒定。
無(wú)論是對(duì)設(shè)計(jì)師還是維捷來(lái)說(shuō),這個(gè)項(xiàng)目都是一個(gè)陡峭的學(xué)習(xí)曲線。評(píng)估最大壁厚是最大的挑戰(zhàn)之一,以確保鞋有充分的靈動(dòng)性,同時(shí)減少重量和材料的需求。然而,通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的快速數(shù)字適應(yīng)和隨后的3D打印,這個(gè)問(wèn)題得到了快速的解決。
與傳統(tǒng)的選擇性激光燒結(jié)(SLS)相比,快速燒結(jié)(HSS)技術(shù)允許更快的打印??紤]到該技術(shù)的工作原理,我能夠創(chuàng)建改進(jìn)的功能設(shè)計(jì)。我相信,隨著技術(shù)效率的提高,例如更大的型號(hào),VX1000,我看到快速燒結(jié)的潛力正在被調(diào)整,超越原型和大規(guī)模制造。
Shun Ping Pek, 設(shè)計(jì)師
然而,維捷已經(jīng)將快速燒結(jié)進(jìn)程擴(kuò)展到VX1000機(jī)器,一個(gè)3D打印系統(tǒng),在大批量生產(chǎn)上展現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì),直至全自動(dòng)化系列的生產(chǎn)?;蛟S3d打印的鞋子會(huì)很快帶我們走過(guò)未來(lái)3500年。
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