3D打印技术,又叫增材制造,是一种以数字模型文件为基础,通过金属、塑料等耗材,以逐层叠加进行打印物件的快速成型技术。

它可以打印出一些譬如CNC、开模等传统生产技术无法制造的创新外型,缩短研发周期,提高生产开发效率,甚至直接制造成品,极大提高产品附加值。

          运动鞋3D打印技术盘点图 乔丹跑鞋鞋面 FDM 打印动态展示,上海复志

目前3D打印技术的应用已经遍及运动鞋、无人机、汽车零件、汽车内饰、灯具、发光广告字等各行各业。3D打印在鞋材方面应用比较广泛,鞋模、鞋垫、鞋中底、鞋面乃至整鞋均有应用,尤其是3D打印鞋中底和鞋垫,其中鞋垫的应用范畴更偏向于医疗方面,多用于扁平足等矫正治疗。

运动鞋3D打印技术盘点

图 迪奥的德比鞋,使用3D打印技术

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图 Reebok、Botter和HP联名打造“贝壳”运动鞋

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图 光固化打印鞋垫,光华伟业

而中底作为运动鞋缓震回弹的核心功能部件,是运动品牌一直关注的重点。3D打印鞋中底可以通过优化弹性体晶格结构功能模块,改变不同区域的结构强度,实现最大化的回弹性、轻量化、减震性等功能。

与之前的3D打印概念鞋限量生产不同,时下3D打印运动鞋已经开始走上了定制化小批量生产的发展道路。2018年,阿迪达斯正式发售了3D打印制作的运动鞋AlphaEDGE 4D,全球共10万双。而国产运动品牌的3D打印运动鞋,据不完全统计,每个月生产约5000双。

           运动鞋3D打印技术盘点图 阿迪达斯 AlphaEDGE 4D 中底 & CLIP 技术

在运动鞋方面应用的3D打印工艺技术主要有三类:SLA(光固化)、SLS(选择性激光烧结)、FDM(熔融沉积)。
1.  SLA(光固化),多用于鞋中底、鞋面、鞋垫

SLA,即立体光固化成型法,利用特定波长光选择性照射,光敏树脂聚合的原理进行打印。

           运动鞋3D打印技术盘点

由于SLA多是逐点成型,为了加快打印速度,在SLA的基础上延伸出来的DLP技术就是以面成型的,其中美国Carbon公司的CLIP技术进一步极大升级了打印速度,阿迪达斯的AlphaEDGE 4D就是以CLIP技术进行生产,Carbon公司因此一举成名。

           运动鞋3D打印技术盘点图 CLIP技术示意

下表是常见光固化成型技术的一个比较:

常见光固化成型技术
成型特点
SLA(立体光固化成型法)
激光从点到线,再到面,成型过程物件向下沉
DLP(数字光处理技术)
数字光投影以面成型,成型过程物件往上提
CLIP(连续液面固化打印技术)
光透射,结合氧阻聚,连续液面成型,成型过程物件往上提
LCD(掩模光固化技术)
LCD面板选择性透过紫外光进行成型

2.  SLS(选择性激光烧结),多用于鞋中底

SLS,即选择性激光烧结,利用激光选择性照射,聚合物粉末高温熔融粘结的原理进行层叠成型。
           运动鞋3D打印技术盘点图 SLS激光烧结成型工艺原理,南极熊

最早在2013年耐克推出的足球鞋Nike Vapor Laser Talon上得以应用,随后阿迪达斯、新百伦、安德玛、匹克、李宁等运动品牌相继推出TPU粉末烧结中底的运动鞋。

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图 SLS 3D打印鞋中底,墨分三维

           运动鞋3D打印技术盘点图 SLS烧结TPU鞋中底在匹克 PEAK 3D上应用

 

3.  FDM(熔融沉积),可用于鞋面、中底

FDM,即熔融沉积成型,通过加热熔融聚合物细丝,喷头移动选择性涂覆,逐层叠加,最终成型。

           运动鞋3D打印技术盘点图 FDM熔融沉积成型工艺原理

FDM工艺常应用于3D打印鞋面。比如匹克在2018年11月推出的3D打印竞速鞋FUTURE ULTRA LIGHT,TPU鞋面采用了FDM工艺,由匹克自己生产加工。

           运动鞋3D打印技术盘点图 匹克 FUTURE ULTRA LIGHT

还有乔丹在2019年10月推出的3D打印跑鞋,鞋底和鞋面都是3D打印,其中鞋面是采用了FDM工艺,由上海复志完成生产。

           运动鞋3D打印技术盘点图 乔丹3D打印跑鞋质燥

 

随着3D打印材料的发展,TPE、TPU等热塑性弹性体也能实现FDM打印,根据TPU硬度的不同,可以打印出柔软的鞋中底。

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2022年11月,巴斯夫推出用于3D打印(FDM)矫形鞋垫的TPU新材料

原文始发于微信公众号(艾邦弹性体网)

作者 duan, yu