在很长一段时间里,一个型号系列的所有鞋子都是一样的,唯一的例外是昂贵的、为精英运动员量身定做的特殊型号。现在,鞋类制造商有了新的创新潜力,voxeljet的3D打印技术可以生产量身定做的鞋子,甚至可以为消费者提供性能和舒适度提升的功能。增材制造工艺,如voxeljet的高速烧结技术,通过定制化生产和材料开发,为明天的鞋类增材制造铺平了道路。

VOXELJET高速烧结:用于定制鞋类组件的聚合物3D打印

事实上,这种定制鞋可以考虑到个人的脚型、体重和步幅,这也为终端客户带来了特殊的好处。然而,从制造商的角度来看,高速烧结(HSS)工艺的优势不仅仅只给客户带来好处。有了高速烧结,几乎所有的生产参数都可以调整,以实现更经济、更快速、更环保的制造工艺,同时还可以根据不同的材料定制工艺。

voxeljet的3D打印鞋底

目前几乎没有一个制造业的产品经理能够回避 “网格结构 “这个炒作的话题。这是一种抽象的、以自然为模型的CAD生成的网格设计。这些设计给产品带来了最大的稳定性和耐久性,并可以节省大量的材料和实现大幅减重。因此,难怪连市场领先的运动鞋制造商都对快速成型制造工艺产生了极大的兴趣。通过3D打印格子结构,可以降低生产成本,而且由于节省了材料,制造过程也保护了环境。根据工艺和材料的不同,未烧结塑料可以被回收并反馈到生产过程中。

3D打印技术在鞋类行业的发展历程

目前已有多家制鞋企业将3D打印技术应用于中底或鞋垫等其他鞋类部件的生产。液体树脂加工增材技术是常见的方法,在这种方法中,需要烧结的区域被选择性地暴露在光下,从而被硬化。虽然这些方法为打印具有精细细节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对较重。

另一种增材制造技术是熔融长丝制造(FFF)。在这种方法中,将一层熔融的塑料丝作为股线涂抹并胶合。高速烧结的优点是生产速度较快,材料多样化,层数恒定,因此更容易进行热管理,几何自由度高。与FFF相比,HSS不需要支撑结构来稳定印刷组件。未粘接的粉末支撑着作业盒中的元件。这样就可以充分利用HSS作业盒。

大多数增材制造工艺的操作都是以几何学为导向的,它们为鞋中的不同应力区生产蜂窝或其他仿生网格结构。因此,例如结构的壁厚必须变得更厚,以获得更大的稳定性。而HSS工艺则是通过可变的油墨输入来工作的,它可以在晶格结构内实现不同的材料特性,如强度或刚性,都可以在固体材料中实现。不同数量的红外吸收油墨可以印在鞋底的受力区域,在烧结过程中,组件在这一点上获得更高的强度。作为进一步的选择,与所有的快速成型制造工艺一样,使用HSS,您还可以在上面使用晶格结构来实现不同程度的强度。通过voxeljet的HSS灰度打印,制鞋商可以针对穿着舒适度、稳定性和弹性等方面的特定负荷,优化3D打印鞋组件的各个部分。

HSS过程和灰度打印:如何工作

voxeljet的HSS灰度是一种用于创建目标属性可变的三维部件的3D打印工艺。所生产的机体的材料属性可以在所有三维空间中单独影响。这种属性可以是机械强度或弹性和材料密度,从而影响3D打印物体的重量和重心。最大的优点是:这些变化的材料属性在后期的部件中是看不到的。

在高速烧结艺中,在加热的建筑平台上涂抹一层薄薄的塑料粉末,如TPU、EVA或TPE。随后,喷墨打印头在平台上移动,并有选择地将红外光吸收墨水涂抹在构建区域。完成后,红外光辐射到建筑平台上。塑料粉末的印刷区域吸收热量,使其与底层烧结。烧结过程完成后,将施工平台降低一层厚度,然后涂抹下一层塑料粉末并进行印刷。这个过程重复进行,直到完成例如中底的构造。随后,带有烧结部件的整个构造空间在印刷系统内部或外部冷却。最后,鞋底可以从周围的粉末中取出并进一步加工。由于选择性的温度输入,未粘接的粉末仍然是松散的,并且可以根据使用的材料重新用于进一步的印刷过程。

灰度值、灰度或灰度等级表示印入粉末的油墨量。根据所使用的材料,最多可以将六个不同的灰度等级打印到粉末材料中。喷墨喷头是通过位图控制的。由于喷头控制着HSS工艺中的红外吸收油墨量,因此可以改变吸收剂的墨滴大小,从而改变单位体积的灰度值。灰色调越深,印刷材料能从红外灯吸收的热能越多。这不仅使鞋底具有立体形状,还能同时增加和整合三维机械性能。

此外,灰度还可以与抖动(通过某些像素排列/光栅化来模拟实际上不存在的中间步骤)相结合。这样就可以更精细地调整吸收系数、能量输入,从而调整粉末材料的有效温度,这对材料特性有进一步的影响。

开放源码实现了对材料需求的自由定制

对于HSS,voxeljet依靠开源软件ProPrint来控制其3D打印系统。开源解决方案的亮点,客户可以根据自己的材料需求自由定制所有打印参数。例如,ProPrint和集成的voxeljet数据分析工具Vamos允许自由控制打印粉末熔化的温度输入。层厚、油墨转移和一般工艺流程也可以自由调节。3D打印专家voxeljet这项年轻的技术,对于鞋业来说,有很大的潜力,可以重塑鞋子。材料多样性、资源节约、轻质结构、为终端客户提供定制化服务和性能提升,这只是其中的一些潜在优势

灰度印刷的技术指标

  • 可通过油墨输入打印不同程度的硬度。
  • 最多可以有6个灰度等级
  • 根据材料的不同,能量吸收的灰度变量。
  • 与抖动相比,边缘锐度更好
  • 高度的细节
  • 比单独的抖动更高的零件强度
  • 更多的组合可以通过抖动实现更多的变化。
  • 更光滑的表面

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