当珊瑚舞动时—珊瑚跑步鞋

运动鞋已经成为我们日常生活的一部分,然而,制鞋厂也面临着一系列的挑战。珊瑚跑者,一款由新加坡设计师Shun Pin Pek设计的独特运动鞋,展示了增材制造如何应对挑战。

足部可能是最容易被我们忽略的身体部位之一。仅次于我们双手,他们是我们运动系统最主要的元素之一,在最佳的状况和最真实的意境下,他们会伴随着我们走到生命的尽头。

久而久之,鞋子本身备受关注并深受欢迎。尤其在近十年以来,仅2012-2019年,运动鞋在全球的营业额从304亿欧元增加到617亿欧元。到2025年,销售额预计增加到910亿欧元。不足为奇,在未来体育用品制造商将会投资数百万欧元来进一步发展他们的运动鞋组合。

全球运动鞋行业的营业额

以此同时制鞋业也面临着系列挑战。

  • 个性化:未了能完美地适应他们的脚和动作,顾客越来越倾向于量身定制鞋子,以至于提高舒适度和性能。
  • 可持续性:尤其是塑料,目前正遭受着一种形象危机。另外, 过多的不同材质塑料会导致合理的回收很困难。
  • 自动化:个性化意味着小批量,小批量反过来需要特殊的工具和模型,这样会进一步增加公司的成本和导致顾客的交付期变长。
Shun Ping Pek

这些挑战和趋势对产品和鞋子设计师来说并不新奇,比如来自东京的鞋子设计师Shun Ping Pek。在他孩童时期就对产品的创造有着极高的热情,并在新加坡南洋理工大学学习产品设计。在美国的一所波特兰设计学院,通过深入的鞋类设计课程的学习加深了他对鞋类设计的热情和专业知识的掌握。

3D打印的隐喻

对于我们大多数人来说,鞋子是我们日常生活不可分割的一部分。2017年,设计师Shun Ping Pek买了第一台3D打印机,开始了更深入的研究。沉迷于制作鞋子的挑战和3D打印无限可能。这位鞋子设计师从他周边的环境汲取了设计灵感,无论是日常生活中遇到的物体、图案还是自然主义元素。这实际丰富了他设计“珊瑚跑鞋”的想象力。

顾名思义,珊瑚,或者更准确地说是珊瑚的生长影响了这款鞋的设计理念,尤其是对于3D打印来说是相当的适合。打个比方,珊瑚和3D打印都遵循相似的增长策略。在“珊瑚跑者“项目中,设计师这个想法与珊瑚在3D打印机的粉末床中生长的想法相提并论,就像它们在自然栖息地一样。几何图形既简单又复杂。在这过程中尽可能的让鞋子的整体设计保持简单,但复杂的管结构在表面上起到加固的作用,同时也作为鞋底的轮廓。因此,鞋子的整体只包含一个元素,无接缝、粘合剂或紧固件。
为了制造鞋子的初始原型,Shun Ping Pek决定与维捷合作,他们的高速烧结技术提供了合适的聚合物3D打印工艺。

快速烧结 -快速原型的选择

来自维捷的VX200快速烧结技术被验证了生产珊瑚跑鞋的第一次设计迭代是正确的选择。一方面,因为打印系统工作非常快,层数恒定,另一方面,它能够处理广泛的聚合物。

3D打印最大的优势是按需制造和数字模型到真实对象的一对一转移。虽然珊瑚流道理论上也使用了传统的生产技术,比如注射成型,由于设计上始终如一,这种方法非常具有挑战性。好在快速烧结技术提供了理想的解决方案。

Shun Ping Pek, 设计师

鞋子是由材料制造商科韦斯特罗(Covestro)用热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)打印的,这是一种专为快速烧结工艺而新认证的材料,一种高弹性的热塑性材料,用于鞋底的生产已有数十年。

通过快速烧结技术,维捷可以处理各种聚合物。这些包括经典的聚十二内酰胺(PA12)、聚丙烯,:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA),、尼龙弹性体(PEBA),就像珊瑚流道热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TUP)。在这种情况下,选择热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TUP)是行得通的,因为他有令人兴奋的几种属性。它既软又有弹性,并且很硬很耐用。在快速烧结技术的帮助下,这些性能可影响到所有的三维空间。

这种属性的定义可以通过所谓的灰度打印实现,通过专门控制吸收器的体积喷入粉床,进而将某些建筑区域染得更深。喷射越多的吸收体,部件就会变得越强。通过使用工业喷墨打印头,可以在一层内打印不同的灰度,从而在一层内建立不同的产品特性。至于鞋子,鞋底因此可以完美地适应不同的轮廓模型和缓冲要求。

在珊瑚流道的过程中,未来定型,设计被反复地调整以适应这个过程,在几何和功能上都对快速烧结工艺进行了改进。

实践中学习

每个设计迭代可以意识到在几天内没有工具: 数据可以在电脑上快速编辑,并且能立刻转送到打印系统,尽可能的将产品掌握在自己手中。测试其属性,必要时重新评估设计。这就是3D打印的强大之处。它可以在最短的时间内做出反应,以加速产品的进化和鉴定。

无论是对设计师还是维捷来说,这个项目都是一个陡峭的学习曲线。评估最大壁厚是最大的挑战之一,以确保鞋有充分的灵动性,同时减少重量和材料的需求。然而,通过对设计的快速数字适应和随后的3D打印,这个问题得到了快速的解决。

与传统的选择性激光烧结(SLS)相比,快速烧结(HSS)技术允许更快的打印。考虑到该技术的工作原理,我能够创建改进的功能设计。我相信,随着技术效率的提高,例如更大的型号,VX1000,我看到快速烧结的潜力正在被调整,超越原型和大规模制造。

Shun Ping Pek, 设计师

然而,维捷已经将快速烧结进程扩展到VX1000机器,一个3D打印系统,在大批量生产上展现了它的优势,直至全自动化系列的生产。或许3d打印的鞋子会很快带我们走过未来3500年。

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