許多大公司，包括耐克(Nike)、阿迪達斯(Adidas)、銳步(Reebok)、Carbon等公司，都認為鞋類制造業(yè)可能是首個大規(guī)模采用3D打印技術生產消費品的行業(yè)。就大規(guī)模定制應用來說，情況確實如此。到目前為止，所有這些公司都主要專注于外底和中底的3D打印。Voxel8是一家源自哈佛大學、具有迷人歷史的創(chuàng)業(yè)公司，通過推出其獨特的ActiveMix?工藝，將注意力放在鞋子的其他部分，即“鞋面”或鞋子上部，該技術用于高級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：來自哈佛大學Wyss研究所Lewis實驗室的Jennifer Lewis教授。Lewis教授不僅僅是3D打印生物油墨方面的專家，二十多年來，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新技術的核心。我們在哈佛大學進行了愉快的談話。Lewis教授在為我們講解了近年來3D打印和生物打印演變的許多方面，還就她即將開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解。
談到這項技術，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，以了解他們的技術應用及其在不遠的將來的潛在影響。即使時間很緊，Jack還是與我們見面，并帶我們參觀了設施。這是一次非常棒的體驗，雖然我們看到的技術主要集中在原型設計和小批量生產的應用，但Voxel8的目標非常明確，在不遠的將來能夠真正對大批量的鞋類生產產生影響。
充分的準備
Voxel8為其領先的電子3D打印系統(tǒng)積累了較多的材料擠壓經驗，現(xiàn)在專注于工程級聚氨酯。這些粘性材料有時被認為是3D打印的“黃金材料”之一，因為有打印這些材料具有挑戰(zhàn)和潛在的回報，能夠使用公司現(xiàn)有的的ActiveMix統(tǒng)進行打印，該機器被公司稱為ActiveLab。
在這種方法中，擠壓頭使用一個復雜的泵系統(tǒng)，來實現(xiàn)在鞋面(和其他紡織品)上可編程控制的成分，幾何，機械性能的印刷特征，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。通過集成噴墨技術，公司還可以在聚氨酯層之間添加獨特的全彩圖像和圖案，從而加入定制內容。
ActiveLab系統(tǒng)現(xiàn)已上市，該系統(tǒng)專為原型設計和小批量生產而設計，且在單獨的機器上進行著色。即便如此，該流程還是為其他高度勞動密集型的傳統(tǒng)方法提供了不同程度的自動化。此外，即將推出的ActivePro生產系統(tǒng)將能夠實現(xiàn)集成并進一步實現(xiàn)兩個流程的自動化。
Minardi 解釋道：“我們的目標是解決鞋類生產中最耗費勞動力領域之一的生產，即鞋面部分的生產。一些公司一直專注于中底和外底，運用傳統(tǒng)的注塑成型。鞋面部分在傳統(tǒng)上由多種材料制成，包括不同類型的紡織品和性能各異的塑料。 我們的技術可以通過高度自動化的流程，實現(xiàn)鞋面的大規(guī)模定制，從而使數(shù)字化設計和制造更貼近客戶需求?！?/p>
彌補傳統(tǒng)制造的不足
世界上有兩家公司能夠將電子3D打印機推向市場。 一個是Nano Dimension，另一個就是Voxel8。兩家公司都放棄了剛開始有點“以消費者為導向”的設計，去創(chuàng)造一個更加工業(yè)化的系統(tǒng)，且該系統(tǒng)具備更加實用的短期應用程序。 Nano Dimension的Pro系統(tǒng)仍然專注于電子產品，而Voxel8則開始涉足數(shù)字化鞋類制造系統(tǒng)的新領域。
對于這兩家公司來說，目前可用的系統(tǒng)都是朝著大規(guī)模生產設備邁出的中間步驟。Voxel8的數(shù)字化制造系統(tǒng)，旨在大大縮短定制產品及未來大規(guī)模生產運行的設計和生產周期。
憑借Braemar Energy Ventures和ARCH Venture Partners數(shù)百萬美元的投資，Voxel8目前擁有15名工程師和39項專利。Minardi說：“我們正在進行原型設計和創(chuàng)意層面的鞋類制造。目前，設計師需要12到18個月的時間才能使一種新產品的第一款上市。其中一個原因是，對大多數(shù)公司來說，設計階段在美國進行，而制造階段在亞洲進行。傳統(tǒng)的制造工藝需要昂貴的工具和模具切割過程。這是非常勞動密集型的生產過程，每雙鞋的制作需經手100個人。我們所做的就是從鞋面開始，實現(xiàn)盡可能的自動化。 這使我們能夠將時間要求從12-18個月縮短到2-4周，從而實現(xiàn)從設計到最終產品的全過程?！?/p>
完全數(shù)字化的Voxel8鞋類制造系統(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，大大加快了產品上市時間。Minardi說:“我們可以不使用任何工具，實現(xiàn)標識、文字和其他美學特征，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制傳統(tǒng)制造工藝外，我們還可以生產目前無法生產的鞋面?！薄?
例如，我們可以在沉積材料時，可以局部地改變硬度和粘度。通過數(shù)字化調節(jié)聚氨酯材料的組成和機械性能，能夠在需要的地方提供精準的支撐。除此之外，我們還使用噴墨頭，實現(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)級聚氨酯彈性體的強度、耐磨性和耐久性，以及具有高分辨率的全彩色噴墨技術?！?/p>
在第一階段，Voxel8推出ActiveLab系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了打印頭、軟件和專有材料配方。目前的系統(tǒng)在每天生產30到50雙定制鞋的情況下具有成本效益，而這正是制類鞋商開始提供的服務。另一方面，ActivePro?系統(tǒng)每年可生產多達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爭力。
紡織材料有多種形式，包括卷筒成匹，平針織物和網格紡織。該生產系統(tǒng)將采用模塊化設計，能夠適應所有這些材料形式。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整的材料特性，然后在另一個擠壓頭打印第二層之前，噴墨頭將進行著色。下一步是使用集成的固化爐，它將在幾分鐘內固化材料，然后進入最后階段，使用激光切割機，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，完成一個完整的、定制的鞋面。 除了在大批量生產中保持成本競爭力之外，ActivePro系統(tǒng)還可實現(xiàn)大規(guī)模的定制生產。
Minardi 說道：“最棒的是你看不出來它是3D打印的?！?事實上，聚氨酯是非常光滑的，沒有層線。他繼續(xù)說道：“我們幾乎可以使用任何面料。當今的針織鞋面非常受歡迎，但我們的系統(tǒng)使我們能夠將聚氨酯應用于任何類型的面料和服裝?！?/p>
至少有一家主要的鞋類品牌已經訂購了ActiveLab系統(tǒng)機器，因此進展正在進行。大尺寸的ActivePro系統(tǒng)機器，在外觀上更像大尺寸的數(shù)字2D打印機，而不是3D打印機。這種方法實現(xiàn)了材料擠壓技術，同時專注于最終產品，而不是過程本身，這可能是Voxel8最終成功縮小3D打印與終端用戶之間差距的關鍵。
