哈佛大学Voxel8 多材料3D打印技术将进入鞋面规模定制化生产领域
运动鞋鞋面、鞋底中的塑料部件所采用的制造技术以模具制造为主。传统模具的工艺流程既昂贵又耗时，属于劳动密集型的产业，并且制造基地集中，生产受到地域性的限制。尽管这种传统制造模式在大批量生产方面已经十分成熟，但是难以满足柔性定制化生产的需求。
为了满足消费者对定制化运动鞋产品的需求，打造柔性的规模定制化生产能力，成为运动鞋制造商关注的焦点。而无需模具即可直接进行塑料鞋部件制造的3D打印/增材制造技术，逐渐在运动鞋制造领域受到重视。
2017年以来，陆续登陆市场的几款带有3D打印鞋中底的运动鞋，例如阿迪达斯Futurecraft 4D,Under Amour Under Armour Architech，匹克Future I，都是运动鞋制造商在批量定制化生产方面所进行的尝试。
近日，美国一家专注于多材料3D打印技术的企业Voxel8 推出了一种新的鞋部件定制化制造3D打印技术ActiveMix®，这是一种面向运动鞋鞋面聚氨酯部件定制化生产的技术。
年产量高达50万双的规模定制生产技术
Voxel8 的创始人是哈佛大学Wyss研究所的Jennifer Lewis 教授，Voxel8 一直专注于多材料3D打印技术，在推出ActiveMix®技术之前，Voxel8 聚焦于电子3D打印领域。Voxel8的多材料3D打印技术有两种3D打印功能，其中一种是基于FFF/FDM 材料挤出工艺的3D打印头，另一种是可以打印导电银墨水的3D打印喷嘴。Voxel8 3D打印机除了可以通过一次连续的打印任务创建一些简单的电子部件之外，还可以通过很方便的停止/启动功能，将一些外部部件在打印过程中嵌入对象，然后继续打印。
ActiveMix®技术3D打印的运动鞋织物面料中的彩色聚氨酯部件
如今推出的鞋面聚氨酯部件3D打印技术，也是一种多材料3D打印技术。根据3D科学谷的了解，ActiveMix®技术中集成了材料挤出和材料喷射两种3D打印工艺。
那么，这两种不同的打印工艺将如何进行配合呢？3D科学谷了解到，基于材料挤出工艺的3D打印头负责沉积聚氨酯材料，而喷墨打印头则负责在聚氨酯打印层之间印刷独特的全彩色图案。
材料挤出头能够实现鞋面聚氨酯部件的材料、几何形状和机械性能的可编程控制，彩色喷墨技术则通过彩色打印，增强 ActiveMix®技术的鞋部件定制化制造的能力。Voxel 8 创始团队表示，该技术能够进行鞋面聚氨酯部件的数字化制造，例如直接在鞋面织物材料上3D打印聚氨酯logo、文字，或者功能性的鞋部件，并能够制造一些现有技术无法制造的特殊鞋面。
ActiveLab® 系统中的材料挤出3D打印头
Voxel8 的ActiveMix®技术将分为两步走向鞋制造市场。目前已上市3D打印系统为ActiveLab®，在该系统中挤出工艺与彩色喷墨工艺是分离的。下一步，Voxel8计划推出ActivePro® 生产系统，该系统将集成两种工艺，使鞋面制造更为自动化。
ActiveLab®的应用领域为新鞋部件原型快速制造和极小批量鞋面生产。目前新鞋的研发周期一般为12到18个月，Voxel8 表示能够使新鞋开发周期缩短至2-4周。
ActiveLab® 3D打印系统
在鞋面生产方面，Voxel8 表示已推出的ActiveLab® 3D打印系统将在每天30到50双的定制运行中具有成本效益。而未来计划推出的ActivePro® 生产系统，预计每年可生产多达500,000双鞋所需的鞋面，并且运行该系统的成本与现有制造技术相比具有竞争力。
下一步将要推出的ActivePro® 生产系统
Voxel8 称，ActivePro® 生产系统是一种高度自动化的鞋面生产设备，那么这个尚未与市场见面的生产级3D打印鞋面自动化生产方面都配备了哪些技术呢？鞋面纺织面料有几种形式，包括卷，平针织和工程网，ActivePro® 生产系统采用模块化设计，能够在这几种形式的织物面料上制造聚氨酯部件。该系统具有一系列打印头，材料挤出打印头阵列负责沉积聚氨酯材料，然后喷墨头将在打印第二层聚氨酯材料之前印刷颜色。3D打印步骤完成后，设备中集成的固化炉将在几分钟内进行材料固化。然后进入最后阶段-激光切割，切割机将完成聚氨酯部件3D打印的织物面料切割成鞋面的形状。
在以上的制造流程中，需要的人工环节非常少，操作人员的主要任务是装载鞋面纺织材料。Voxel8 表示在最快在几分钟内，即可制造出一个完整的、定制的化的鞋面。
Voxel8 ActiveMix®技术的显著特点是，实现鞋面聚氨酯部件的无模具化生产，并以数字化方式控制聚氨酯部件的机械性能，比如说3D打印设备可以在沉积材料时区域性地改变刚度和粘度，通过数字化调节聚氨酯材料的成分和机械性能，为鞋面制造所需的支撑性结构。再加上配置的喷墨打印技术，Voxel8 既能够利用工业级聚氨酯弹性体的强度，耐磨性和耐久性，还能够实现高分辨率的彩色部件制造。
Voxel8表示至少有一个知名鞋品牌商已经订购了新推出的ActiveLab®3D打印系统。
Review
3D打印技术在运动鞋部件最终产品生产中的应用一直以来以鞋中底、鞋垫制造为主，但也有少量增材制造技术可应用于外底以及鞋面的无模具直接制造。除了本文中介绍到的Voxel8 ActiveMix®技术, 还有运动鞋制造商锐步（Reebok）已经投入应用的3D Drawing技术。2016年10月20日，锐步公司揭示了旗下一家特殊的制鞋工厂Liquid Factory（液体工厂），液体工厂中使用的制鞋工艺是正是3D Drawing。
之所以称之为“液体工厂” 与其使用的打印材料有关，这款3D打印材料是一种聚氨酯液体材料，该材料是巴斯夫（BASF）专门为锐步开发的，通过3D Drawing工艺和这种特殊材料，锐步得以在无需使用模具的情况下直接“绘制”出鞋外底、鞋面，该工艺替代了人工粘附鞋底的步骤。除此之外，液体工厂还有一套独特的匹配系统，该系统可以围绕着脚进行建模，提供定制化的三维建模，这一整套解决方案直指运动鞋的定制化市场。
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