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。在很長一段時間里，一個型號系列的所有鞋子都是一樣的，唯一的例外是昂貴的、為精英運動員量身定做的特殊型號?，F(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)，通過定制化生產(chǎn)和材料開發(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

事實上，這種定制鞋可以考慮到個人的腳型、體重和步幅，這也為終端客戶帶來了特殊的好處。然而，從制造商的角度來看，高速燒結(jié)（HSS）工藝的優(yōu)勢不僅僅只給客戶帶來好處。有了高速燒結(jié)，幾乎所有的生產(chǎn)參數(shù)都可以調(diào)整，以實現(xiàn)更經(jīng)濟、更快速、更環(huán)保的制造工藝，同時還可以根據(jù)不同的材料定制工藝。

目前幾乎沒有一個制造業(yè)的產(chǎn)品經(jīng)理能夠回避 “網(wǎng)格結(jié)構(gòu) “這個炒作的話題。這是一種抽象的、以自然為模型的CAD生成的網(wǎng)格設計。這些設計給產(chǎn)品帶來了最大的穩(wěn)定性和耐久性，并可以節(jié)省大量的材料和實現(xiàn)大幅減重。因此，難怪連市場領先的運動鞋制造商都對快速成型制造工藝產(chǎn)生了極大的興趣。通過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，制造過程也保護了環(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)應用于中底或鞋墊等其他鞋類部件的生產(chǎn)。液體樹脂加工增材技術(shù)是常見的方法，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細節(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較重。

另一種增材制造技術(shù)是熔融長絲制造（FFF）。在這種方法中，將一層熔融的塑料絲作為股線涂抹并膠合。高速燒結(jié)的優(yōu)點是生產(chǎn)速度較快，材料多樣化，層數(shù)恒定，因此更容易進行熱管理，幾何自由度高。與FFF相比，HSS不需要支撐結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定印刷組件。未粘接的粉末支撐著作業(yè)盒中的元件。這樣就可以充分利用HSS作業(yè)盒。

大多數(shù)增材制造工藝的操作都是以幾何學為導向的，它們?yōu)樾械牟煌瑧^(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工藝則是通過可變的油墨輸入來工作的，它可以在晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)實現(xiàn)不同的材料特性，如強度或剛性，都可以在固體材料中實現(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)過程中，組件在這一點上獲得更高的強度。作為進一步的選擇，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)來實現(xiàn)不同程度的強度。通過voxeljet的HSS灰度打印，制鞋商可以針對穿著舒適度、穩(wěn)定性和彈性等方面的特定負荷，優(yōu)化3D打印鞋組件的各個部分。

HSS過程和灰度打?。喝绾喂ぷ?/span>

voxeljet的HSS灰度是一種用于創(chuàng)建目標屬性可變的三維部件的3D打印工藝。所生產(chǎn)的機體的材料屬性可以在所有三維空間中單獨影響。這種屬性可以是機械強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，噴墨打印頭在平臺上移動，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)過程完成后，將施工平臺降低一層厚度，然后涂抹下一層塑料粉末并進行印刷。這個過程重復進行，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一步的印刷過程。

灰度值、灰度或灰度等級表示印入粉末的油墨量。根據(jù)所使用的材料，最多可以將六個不同的灰度等級打印到粉末材料中。噴墨噴頭是通過位圖控制的。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?；疑{(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，還能同時增加和整合三維機械性能。

此外，灰度還可以與抖動（通過某些像素排列/光柵化來模擬實際上不存在的中間步驟）相結(jié)合。這樣就可以更精細地調(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，這對材料特性有進一步的影響。

開放源碼實現(xiàn)了對材料需求的自由定制

對于HSS，voxeljet依靠開源軟件ProPrint來控制其3D打印系統(tǒng)。開源解決方案的亮點，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這項年輕的技術(shù)，對于鞋業(yè)來說，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和性能提升，這只是其中的一些潛在優(yōu)勢