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(shè)計。這些設(shè)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(lǐng)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(yīng)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。
大多數(shù)增材制造工藝的操作都是以幾何學(xué)為導(dǎo)向的,它們?yōu)樾械牟煌瑧?yīng)力區(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(fù)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(wù)和性能提升,這只是其中的一些潛在優(yōu)勢
灰度印刷的技術(shù)指標
- 可通過油墨輸入打印不同程度的硬度。
- 最多可以有6個灰度等級
- 根據(jù)材料的不同,能量吸收的灰度變量。
- 與抖動相比,邊緣銳度更好
- 高度的細節(jié)
- 比單獨的抖動更高的零件強度
- 更多的組合可以通過抖動實現(xiàn)更多的變化。
- 更光滑的表面
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