許多大公司，包括耐克(Nike)、阿迪達(dá)斯(Adidas)、銳步(Reebok)、Carbon等公司，都認(rèn)為鞋類(lèi)制造業(yè)可能是首個(gè)大規(guī)模采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)消費(fèi)品的行業(yè)。就大規(guī)模定制應(yīng)用來(lái)說(shuō)，情況確實(shí)如此。到目前為止，所有這些公司都主要專(zhuān)注于外底和中底的3D打印。Voxel8是一家源自哈佛大學(xué)、具有迷人歷史的創(chuàng)業(yè)公司，通過(guò)推出其獨(dú)特的ActiveMix?工藝，將注意力放在鞋子的其他部分，即“鞋面”或鞋子上部，該技術(shù)用于高級(jí)聚氨酯材料的擠壓和著色。
在最近的波士頓之旅中，我們有幸見(jiàn)到了全球擠出3D打印和生物打印行業(yè)最重要的研究人員之一：來(lái)自哈佛大學(xué)Wyss研究所Lewis實(shí)驗(yàn)室的Jennifer Lewis教授。Lewis教授不僅僅是3D打印生物油墨方面的專(zhuān)家，二十多年來(lái)，她一直致力于材料擠壓方面的研究工作。她的一些研究成果是Voxel8新技術(shù)的核心。我們?cè)诠鸫髮W(xué)進(jìn)行了愉快的談話(huà)。Lewis教授在為我們講解了近年來(lái)3D打印和生物打印演變的許多方面，還就她即將開(kāi)始的生物打印心臟和腎臟組織的突破性研究工作提出了一些見(jiàn)解。
談到這項(xiàng)技術(shù)，Lewis教授還建議我們與Voxel8的聯(lián)合創(chuàng)始人Travis Busbee和Jack Minardi聯(lián)系，以了解他們的技術(shù)應(yīng)用及其在不遠(yuǎn)的將來(lái)的潛在影響。即使時(shí)間很緊，Jack還是與我們見(jiàn)面，并帶我們參觀了設(shè)施。這是一次非常棒的體驗(yàn)，雖然我們看到的技術(shù)主要集中在原型設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)的應(yīng)用，但Voxel8的目標(biāo)非常明確，在不遠(yuǎn)的將來(lái)能夠真正對(duì)大批量的鞋類(lèi)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。
充分的準(zhǔn)備
Voxel8為其領(lǐng)先的電子3D打印系統(tǒng)積累了較多的材料擠壓經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在專(zhuān)注于工程級(jí)聚氨酯。這些粘性材料有時(shí)被認(rèn)為是3D打印的“黃金材料”之一，因?yàn)橛写蛴∵@些材料具有挑戰(zhàn)和潛在的回報(bào)，能夠使用公司現(xiàn)有的的ActiveMix統(tǒng)進(jìn)行打印，該機(jī)器被公司稱(chēng)為ActiveLab。
在這種方法中，擠壓頭使用一個(gè)復(fù)雜的泵系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)在鞋面(和其他紡織品)上可編程控制的成分，幾何，機(jī)械性能的印刷特征，以及其他如中底和外底等3D形狀。
其成果是Voxel8能夠在任何表面上3D打印聚氨酯圖案。通過(guò)集成噴墨技術(shù)，公司還可以在聚氨酯層之間添加獨(dú)特的全彩圖像和圖案，從而加入定制內(nèi)容。
ActiveLab系統(tǒng)現(xiàn)已上市，該系統(tǒng)專(zhuān)為原型設(shè)計(jì)和小批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，且在單獨(dú)的機(jī)器上進(jìn)行著色。即便如此，該流程還是為其他高度勞動(dòng)密集型的傳統(tǒng)方法提供了不同程度的自動(dòng)化。此外，即將推出的ActivePro生產(chǎn)系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)集成并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)兩個(gè)流程的自動(dòng)化。
Minardi 解釋道：“我們的目標(biāo)是解決鞋類(lèi)生產(chǎn)中最耗費(fèi)勞動(dòng)力領(lǐng)域之一的生產(chǎn)，即鞋面部分的生產(chǎn)。一些公司一直專(zhuān)注于中底和外底，運(yùn)用傳統(tǒng)的注塑成型。鞋面部分在傳統(tǒng)上由多種材料制成，包括不同類(lèi)型的紡織品和性能各異的塑料。 我們的技術(shù)可以通過(guò)高度自動(dòng)化的流程，實(shí)現(xiàn)鞋面的大規(guī)模定制，從而使數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造更貼近客戶(hù)需求?！?/p>
彌補(bǔ)傳統(tǒng)制造的不足
世界上有兩家公司能夠?qū)㈦娮?D打印機(jī)推向市場(chǎng)。 一個(gè)是Nano Dimension，另一個(gè)就是Voxel8。兩家公司都放棄了剛開(kāi)始有點(diǎn)“以消費(fèi)者為導(dǎo)向”的設(shè)計(jì)，去創(chuàng)造一個(gè)更加工業(yè)化的系統(tǒng)，且該系統(tǒng)具備更加實(shí)用的短期應(yīng)用程序。 Nano Dimension的Pro系統(tǒng)仍然專(zhuān)注于電子產(chǎn)品，而Voxel8則開(kāi)始涉足數(shù)字化鞋類(lèi)制造系統(tǒng)的新領(lǐng)域。
對(duì)于這兩家公司來(lái)說(shuō)，目前可用的系統(tǒng)都是朝著大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備邁出的中間步驟。Voxel8的數(shù)字化制造系統(tǒng)，旨在大大縮短定制產(chǎn)品及未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。
憑借Braemar Energy Ventures和ARCH Venture Partners數(shù)百萬(wàn)美元的投資，Voxel8目前擁有15名工程師和39項(xiàng)專(zhuān)利。Minardi說(shuō)：“我們正在進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和創(chuàng)意層面的鞋類(lèi)制造。目前，設(shè)計(jì)師需要12到18個(gè)月的時(shí)間才能使一種新產(chǎn)品的第一款上市。其中一個(gè)原因是，對(duì)大多數(shù)公司來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)階段在美國(guó)進(jìn)行，而制造階段在亞洲進(jìn)行。傳統(tǒng)的制造工藝需要昂貴的工具和模具切割過(guò)程。這是非常勞動(dòng)密集型的生產(chǎn)過(guò)程，每雙鞋的制作需經(jīng)手100個(gè)人。我們所做的就是從鞋面開(kāi)始，實(shí)現(xiàn)盡可能的自動(dòng)化。 這使我們能夠?qū)r(shí)間要求從12-18個(gè)月縮短到2-4周，從而實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到最終產(chǎn)品的全過(guò)程。“
完全數(shù)字化的Voxel8鞋類(lèi)制造系統(tǒng)
Voxel8的數(shù)字化制造系統(tǒng)不需要任何工具，這就降低了成本，大大加快了產(chǎn)品上市時(shí)間。Minardi說(shuō):“我們可以不使用任何工具，實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)、文字和其他美學(xué)特征，以及一些功能性特征，比如加固及后跟定型。除了以更低的成本復(fù)制傳統(tǒng)制造工藝外，我們還可以生產(chǎn)目前無(wú)法生產(chǎn)的鞋面?！薄?
例如，我們可以在沉積材料時(shí)，可以局部地改變硬度和粘度。通過(guò)數(shù)字化調(diào)節(jié)聚氨酯材料的組成和機(jī)械性能，能夠在需要的地方提供精準(zhǔn)的支撐。除此之外，我們還使用噴墨頭，實(shí)現(xiàn)透明聚氨酯層之間的全部色彩。這使我們能夠利用工業(yè)級(jí)聚氨酯彈性體的強(qiáng)度、耐磨性和耐久性，以及具有高分辨率的全彩色噴墨技術(shù)。“
在第一階段，Voxel8推出ActiveLab系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了打印頭、軟件和專(zhuān)有材料配方。目前的系統(tǒng)在每天生產(chǎn)30到50雙定制鞋的情況下具有成本效益，而這正是制類(lèi)鞋商開(kāi)始提供的服務(wù)。另一方面，ActivePro?系統(tǒng)每年可生產(chǎn)多達(dá)500,000雙鞋，其成本與傳統(tǒng)的亞洲制造工藝相比更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。
紡織材料有多種形式，包括卷筒成匹，平針織物和網(wǎng)格紡織。該生產(chǎn)系統(tǒng)將采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠適應(yīng)所有這些材料形式。它將具備一整套打印頭，先使第一聚氨酯層沉積具有緯向調(diào)整的材料特性，然后在另一個(gè)擠壓頭打印第二層之前，噴墨頭將進(jìn)行著色。下一步是使用集成的固化爐，它將在幾分鐘內(nèi)固化材料，然后進(jìn)入最后階段，使用激光切割機(jī)，以切割鞋面的形狀。操作者需要做的就是加入紡織材料卷和聚氨酯部件。在幾分鐘內(nèi)，完成一個(gè)完整的、定制的鞋面。 除了在大批量生產(chǎn)中保持成本競(jìng)爭(zhēng)力之外，ActivePro系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的定制生產(chǎn)。
Minardi 說(shuō)道：“最棒的是你看不出來(lái)它是3D打印的?！?事實(shí)上，聚氨酯是非常光滑的，沒(méi)有層線(xiàn)。他繼續(xù)說(shuō)道：“我們幾乎可以使用任何面料。當(dāng)今的針織鞋面非常受歡迎，但我們的系統(tǒng)使我們能夠?qū)⒕郯滨?yīng)用于任何類(lèi)型的面料和服裝?！?/p>
至少有一家主要的鞋類(lèi)品牌已經(jīng)訂購(gòu)了ActiveLab系統(tǒng)機(jī)器，因此進(jìn)展正在進(jìn)行。大尺寸的ActivePro系統(tǒng)機(jī)器，在外觀上更像大尺寸的數(shù)字2D打印機(jī)，而不是3D打印機(jī)。這種方法實(shí)現(xiàn)了材料擠壓技術(shù)，同時(shí)專(zhuān)注于最終產(chǎn)品，而不是過(guò)程本身，這可能是Voxel8最終成功縮小3D打印與終端用戶(hù)之間差距的關(guān)鍵。
