L'application en vedette :l'impression 3D pour les chaussures

[Crédit image :Adidas]

L'impression 3D ouvre de nouvelles perspectives dans l'ingénierie de la chaussure, permettant aux fabricants de chaussures de créer de nouveaux modèles de chaussures et de répondre à la demande croissante de personnalisation.

Selon un récent rapport d'une société de recherche, SmarTech Analysis, l'impression 3D de chaussures devrait devenir une opportunité de revenus de 9 milliards de dollars au cours des 10 prochaines années. La société suggère également qu'un segment de chaussures imprimées en 3D deviendra le plus grand segment de produits de consommation imprimés en 3D d'ici 2030.

Mais qu'est-ce qui motive cette énorme opportunité ?

Dans la série Application Spotlight de cette semaine, nous nous penchons sur l'impression 3D pour les chaussures, en explorant les avantages, les cas d'utilisation et les tendances qui façonnent l'avenir de la technologie dans l'industrie de la chaussure.

Regardez les autres applications couvertes dans cette série :

Impression 3D pour échangeurs de chaleur

Impression 3D pour roulements

Impression 3D pour la fabrication de vélos

Impression 3D pour la dentisterie numérique et la fabrication d'aligneurs transparents

Impression 3D pour implants médicaux

Les fusées imprimées en 3D et l'avenir de la fabrication d'engins spatiaux

Impression 3D pour composants électroniques

Impression 3D dans l'industrie ferroviaire

Lunettes imprimées en 3D

Impression 3D pour la production de pièces finies

Impression 3D pour supports

Impression 3D pour pièces de turbine

Comment l'impression 3D permet des composants hydrauliques plus performants

Comment l'impression 3D soutient l'innovation dans l'industrie de l'énergie nucléaire

Pourquoi les marques de chaussures adoptent-elles l'impression 3D ?

Actuellement, les revenus de l'impression 3D de chaussures représentent environ 0,3% des revenus du marché mondial des chaussures, selon SmarTech Analysis. Ce chiffre devrait atteindre 1,5 % des revenus globaux de la chaussure d'ici 2029. 

Bien que cette croissance soit encourageante, le chiffre réel est faible par rapport aux revenus globaux du marché de la chaussure. Cela indique que l'impression 3D ne remplacera de sitôt aucun des processus de fabrication établis.

Cela dit, les chaussures imprimées en 3D pourraient devenir l'un des segments les plus importants de l'impression 3D de produits de consommation. Cette évolution sera principalement tirée par deux tendances clés : 

1. La demande croissante des consommateurs pour des produits personnalisés ;
2. Accent accru sur la fabrication numérique.

La demande croissante de produits personnalisés  

La réalité du paysage de consommation d'aujourd'hui est que les consommateurs exigent des expériences personnalisées et personnalisées.

En réponse, de nombreuses entreprises de chaussures permettent aux clients de commander des chaussures avec une quantité limitée de personnalisation, par exemple, en proposant une sélection limitée de couleurs.

L'impression 3D, quant à elle, permet aux entreprises de débloquer un nouveau niveau de personnalisation grâce à la possibilité de créer des chaussures spécifiquement adaptées au porteur.

Certes, le potentiel des chaussures personnalisées en masse n'en est qu'à ses débuts, et les entreprises de chaussures commencent tout juste à développer des stratégies pour permettre la personnalisation des chaussures en masse.

Cependant , à mesure que les marques de chaussures deviendront plus audacieuses en utilisant les technologies d'impression 3D en production, il y aura plus d'options de personnalisation.

Accent accru sur la fabrication numérique  

Un autre facteur clé pour l'adoption de l'impression 3D de chaussures est la numérisation et l'automatisation de la production.

La fabrication de chaussures est un processus en plusieurs étapes et à forte intensité de main-d'œuvre, et une grande partie du processus de production est encore manuelle. Il faut beaucoup de machines et de travailleurs spécialisés pour fabriquer des pièces séparées et les assembler pour créer une paire de chaussures finie.

Dans cette optique, les fabricants de chaussures recherchent de nouvelles façons d'optimiser le processus de fabrication.

L'impression 3D offre une alternative idéale en permettant aux fabricants de chaussures de rationaliser la production de certains composants de chaussures.

Contrairement aux procédés de fabrication traditionnels, l'impression 3D ne nécessite pas d'outillage supplémentaire pour créer une pièce. Au lieu de cela, le processus consiste à créer un modèle numérique et à définir des paramètres, tels que la vitesse d'impression et l'orientation des pièces, sur la plate-forme de construction, à l'aide d'une application logicielle spécialisée.

Le modèle est ensuite envoyé à une imprimante 3D, où une autre application logicielle guide automatiquement le processus d'impression en fonction du modèle numérique et des paramètres prédéfinis. Cela fait de l'impression 3D une technologie de fabrication purement numérique.

Cela signifie également que la production peut être rationalisée tout en réduisant le travail manuel impliqué dans le processus de fabrication de chaussures.

Toutes les grandes marques de chaussures utilisent l'impression 3D pour des applications de prototypage et de moulage depuis plus d'une décennie maintenant. Cependant, ces dernières années, l'impression 3D a été de plus en plus adoptée pour produire des composants fonctionnels de chaussures.

La production de pièces telles que les semelles intermédiaires pour les baskets a été l'application de chaussures la plus réussie pour l'impression 3D à ce jour. Certaines marques utilisent la technologie pour créer des semelles intercalaires et des semelles intérieures de baskets, tandis que d'autres expérimentent des tiges de baskets et des composants de sandales imprimés en 3D.

Quelles technologies d'impression 3D sont utilisées pour la fabrication de chaussures ?

Le groupe de technologies d'impression 3D le plus couramment utilisé dans la production de chaussures aujourd'hui est la photopolymérisation en cuve . Ce groupe englobe les technologies à base de résine telles que la stéréolithographie et le traitement numérique de la lumière et la synthèse de la lumière numérique (DLS) de Carbon.

Ces technologies reposent sur un procédé similaire, selon lequel une source lumineuse (un laser, un projecteur ou des diodes électroluminescentes) est appliquée couche par couche sur une résine liquide, la faisant se solidifier.

La haute précision, les vitesses d'impression rapides et la compatibilité avec les matériaux flexibles et élastiques, comme le TPU, le silicone et le polyuréthane élastique, typiques des chaussures de sport, ont fait des technologies d'impression 3D à base de résine une solution de production viable.

En plus des technologies à base de résine, les cordonniers adoptent également des technologies à base de poudre, comme le frittage sélectif au laser (SLS) et la fusion multijet (MJF) de HP.

Ces sont également optimisés pour fonctionner avec des matériaux élastomères et offrent une vitesse d'impression rapide. Cependant, contrairement aux technologies à base de résine généralement utilisées pour les semelles intermédiaires, les SLS et MJF sont plus couramment utilisés dans la production de semelles intérieures.

Développements de matériaux pour les chaussures imprimées en 3D

L'utilisation réussie de l'impression 3D dans la production de chaussures nécessite des matériaux de qualité production, ce qui, jusqu'à récemment, manquait à l'industrie de l'impression 3D.

Les récents progrès en matière de matériaux imprimables en 3D adaptés aux chaussures ont ouvert la porte à davantage d'applications de production. Ces progrès ont été largement alimentés par une étroite collaboration entre les fournisseurs de technologies et les marques de chaussures.

Par exemple, Carbon a travaillé avec Adidas pour développer un matériau en polyuréthane élastomère utilisé pour les semelles intermédiaires des baskets FutureCraft d'Adidas.

De même, New Balance s'est associé à Formlabs, un fabricant d'imprimantes 3D SLA de bureau, pour produire des matériaux d'impression 3D hautes performances adaptés aux chaussures. Ensemble, ils ont introduit une nouvelle résine photopolymère exclusive, Rebound Resin, conçue pour créer des structures en treillis élastiques et solides.

Lorsqu'il est imprimé, le matériau affiche la même durabilité et la même fiabilité que les thermoplastiques moulés par injection.

Les avantages de l'impression 3D dans les chaussures

Délai de commercialisation plus rapide

L'un des plus grands défis dans la production de chaussures est le coût et le temps requis pour créer des moules pour semelles.

Chaque pointure de chaussure nécessite un moule individuel, ce qui peut coûter des milliers de dollars à créer. De plus, la fabrication de moules a des délais longs, nécessitant plusieurs mois de communication aller-retour entre la marque et les usines.

En revanche, l'impression 3D ne nécessite pas de moules et les composants de la chaussure peuvent être créés directement à partir d'un fichier de conception, ce qui permet aux cordonniers de commercialiser de nouvelles chaussures beaucoup plus rapidement.

Pour Par exemple, Adidas utilise des technologies de fabrication de chaussures automatisées, y compris l'impression 3D, dans ses usines Speed ​​en Allemagne et en Amérique du Nord. L'impression 3D est utilisée pour créer des semelles intermédiaires pour les chaussures de course 4D Futurecraft d'Adidas et Alphaedge.

La combinaison de l'impression 3D, de l'automatisation et de la production localisée permettrait à Adidas de lancer le produit sur le marché trois fois plus rapidement qu'avec les chaussures traditionnelles. production.

Conceptions innovantes 

L'impression 3D permet aux marques de chaussures d'explorer et de mettre en œuvre de nouvelles fonctionnalités de conception pour les chaussures. Considérez les semelles intercalaires :traditionnellement, elles sont fabriquées comme une pièce solide avec le même degré de soutien dans toute la chaussure.

Avec l'impression 3D, les performances de la chaussure peuvent être considérablement améliorées, grâce à la possibilité de créer des semelles intermédiaires avec des structures en treillis, ce qui serait impossible à mouler par injection.

Ces structures peuvent être conçu pour présenter différentes densités dans une semelle intermédiaire. En ajustant différentes zones d'une semelle intermédiaire, les concepteurs peuvent optimiser les propriétés d'amorti dans toute la chaussure, créant ainsi des chaussures plus performantes.

Personnalisation 

Un autre avantage de l'impression 3D est la possibilité de créer des chaussures adaptées aux pieds du porteur.

Pour créer une paire de chaussures personnalisée, les entreprises utilisent généralement la numérisation 3D pour capturer les mesures individuelles des pieds d'un client.

Sur la base des scans, les designers génèrent un design de composants de chaussures, comme des semelles intermédiaires ou des semelles intérieures, qui répondent aux particularités du client. Le design est ensuite envoyé à une imprimante 3D pour une fabrication directe.

Le créateur de chaussures danois, ECCO, utilise cette approche pour étendre l'expérience personnalisée de ses clients. L'année dernière, le cordonnier a présenté le projet de personnalisation de chaussures QUANT-U, dirigé par l'Innovation Lab (ILE) d'ECCO. Le projet se déroule dans le concept store expérimental d'ECCO, W-21, à Amsterdam et offre un aperçu de ce à quoi pourrait ressembler l'avenir de la production de chaussures.

Le magasin W-21 s'appuie sur l'impression 3D pour proposer aux clients de passage des chaussures sur mesure en quelques heures.

L'activation de ce processus est en trois étapes qui commence par la collecte des données du client via la numérisation 3D et les capteurs portables. Les données incluent des mesures, telles que les contours de la voûte plantaire, la longueur, la largeur et le volume du pied, l'espacement des orteils et le poids corporel répartis sur les semelles des clients.

Les données sont ensuite interprétées et traduites dans une conception de la semelle intermédiaire, adaptée aux pieds du client. Le fichier de conception est envoyé à une imprimante 3D sur site qui produit la semelle intermédiaire dans un matériau en silicone. Par la suite, les semelles intermédiaires imprimées en 3D sont intégrées aux chaussures Flexure d'ECCO pour offrir un ajustement parfait pour un client.

Actuellement, le projet QUANT-U n'est disponible que pour une clientèle sélectionnée. S'il s'avère être un succès commercial, le niveau de personnalisation offert par le projet pourrait fournir aux magasins physiques un avantage concurrentiel dans un monde dominé par les achats en ligne.

Exemples d'impression 3D dans l'industrie de la chaussure

Semelles intermédiaires imprimées en 3D 

Les semelles intermédiaires - la couche absorbant les chocs entre les semelles intérieure et extérieure - sont peut-être l'exemple le plus médiatisé d'impression 3D dans les chaussures.

D'une part, les baskets dotées de semelles intermédiaires imprimées en 3D ont été l'un des premiers produits de consommation à être produits en série, en utilisant la fabrication additive. En 2019, Adidas reste à la pointe de l'impression 3D dans les chaussures, ayant produit plus de 100 000 paires de chaussures avec des semelles intermédiaires imprimées en 3D.

Cependant, Adidas n'est pas la seule entreprise à innover dans la conception de semelles intermédiaires avec l'impression 3D. En 2019, New Balance a mis sur le marché une nouvelle paire de baskets comportant un composant de talon imprimé en 3D dans la semelle intermédiaire.

Les coureurs 990 Sport sont le résultat d'une nouvelle plate-forme, TripleCell, qui exploite la technologie SLA de Formlabs et un nouveau matériau exclusif appelé Rebound Resin. La résine est destinée à remplacer la mousse d'éthylène-acétate de vinyle (EVA) moulée traditionnellement.

L'un des moteurs de ce changement est la possibilité de concevoir différents niveaux de soutien sur différentes parties de la chaussure. Ceci est réalisé en plaçant des couches de structures en treillis avec des densités variables tout au long du talon. L'impression 3D est la seule technologie capable de produire de telles structures.

Grâce à sa plate-forme TripleCell, New Balance a développé un nouveau type de talon élastique et résistant avec la durabilité et la longévité d'une alternative moulée par injection. Surtout, l'impression 3D aide également l'entreprise à localiser la fabrication, accélérant les cycles de développement et de production.

À l'avenir, nous nous attendons à ce que le développement dans cet espace se poursuive, avec de plus en plus de marques de chaussures sautant dans le train des chaussures avec des semelles intermédiaires imprimées en 3D.

Tige imprimée en 3D

Une tige est un composant de chaussure qui recouvre les orteils, le dessus du pied, les côtés du pied et l'arrière du talon. C'est l'un des deux composants intégraux de la chaussure avec les semelles. Les tiges sont traditionnellement en textile, ce qui peut être difficile à produire pour les imprimantes 3D polymères. Cependant, certaines marques de chaussures ont développé des approches pour créer des tiges en utilisant des plastiques flexibles comme le TPU.

Prenez l'exemple de Nike Flyprint :cette tige est la première tige textile imprimée en 3D dans les chaussures de performance. Dévoilées pour la première fois l'année dernière, les tiges Flyprint sont produites à l'aide de Solid Deposit Modeling (SDM), un processus par lequel un filament de TPU est fondu et déposé en fines couches.

Un avantage des tiges imprimées en 3D de Nike ont sur les tiges traditionnellement tissées, est une plus grande durabilité du matériau car les couches sont fusionnées, éliminant la résistance au frottement commune pour un textile tricoté ou tissé.

Si vous regardez attentivement la structure du tissu Flyprint, vous remarquerez quelques motifs distincts. L'avant de la chaussure présente un treillis, tandis que les côtés en utilisent un beaucoup plus ondulé. Une telle conception permet à la tige d'être plus légère et plus respirante que les textiles Nike non imprimés en 3D.

D'autres marques explorent également l'impression 3D pour les tiges de chaussures. Par exemple, la marque de chaussures indépendante Oliver Cabell imprime en 3D des tiges pour ses baskets Phoenix à partir de bouteilles d'eau recyclées. Une tige de chaussure nécessite environ sept bouteilles d'eau, qui doivent d'abord être déchiquetées en flocons, fondues et transformées en longs brins de fil. Ces brins sont ensuite acheminés vers une imprimante 3D pour créer la tige.

Les tiges restent une application moins développée pour l'impression 3D par rapport aux semelles intermédiaires. Cependant, cela peut changer avec le temps, car l'impression 3D pourrait réduire considérablement les étapes nécessaires et les coûts de production des tiges.

Chaussures 100 % imprimées en 3D ?

Bien que les exemples de composants de chaussures imprimés en 3D soient abondants, est-il possible d'imprimer des chaussures entières en 3D ?

Pour l'instant, la réponse courte est non. Cependant, certaines entreprises se rapprochent de la vision de chaussures entièrement imprimées en 3D. La marque chinoise de vêtements de sport, PEAK Sports Products, est l'une de ces entreprises. Il a introduit un nouveau modèle de baskets presque entièrement imprimées en 3D sur le marché intérieur chinois plus tôt cette année.

La tige, la semelle intermédiaire et la semelle extérieure des nouvelles baskets FUTURE FUSION PEAK3D ont été créées en utilisant une combinaison de SLS (pour la semelle intermédiaire et la semelle), l'impression 3D par extrusion (la tige) et un matériau TPU. Cependant, la semelle intérieure et le textile intérieur sont évidemment créés à l'aide de méthodes traditionnelles.

En plus des baskets, nous avons vu beaucoup de nouvelles autour des sandales imprimées en 3D, y compris les sandales de Wiivv, qui était l'une des campagnes d'impression 3D les plus financées sur Kickstarter.

Cependant, la sandale imprimée en 3D est un terme impropre, car seuls certains des composants de la sandale sont imprimés en 3D. Par exemple, dans les sandales de Wiivv, seuls les supports de voûte plantaire sont apparemment imprimés en 3D, tandis que d'autres composants sont produits à l'aide de moyens plus traditionnels.

L'impression 3D de chaussures entières est une idée fascinante, mais elle reste actuellement irréalisable.

D'une part, la technologie ne peut pas remplacer tous les processus utilisés dans la fabrication de chaussures tout en restant économiquement viable. Par rapport à la fabrication traditionnelle, les technologies d'impression 3D sont plus lentes, moins évolutives et ont des prix nettement plus élevés pour les matériaux. Cela rend la production de masse avec l'impression 3D une tâche difficile.

Le deuxième enjeu est lié à la chaîne de valeur de la fabrication de chaussures. La fabrication de chaussures implique la création d'une forme, qui est un moule en bois ou en plastique tridimensionnel sur lequel une chaussure est construite.

L'adoption de l'impression 3D pour des chaussures entières éliminerait le besoin d'une forme et obligerait les fabricants à repenser complètement la production, ce qui aurait un impact sur les fournisseurs et les parties prenantes tout au long de la chaîne de valeur existante. La nécessité d'un changement important est un autre facteur qui met les chaussures imprimées en 3D hors de portée, du moins pour le moment.

Créer de nouvelles opportunités dans le domaine de la chaussure grâce à l'impression 3D  

En associant nouveaux matériaux et fabrication numérique, l'impression 3D ouvre la porte à des produits chaussants innovants.

Actuellement, la technologie facilite la production de chaussures de sport hautes performances et de sandales personnalisées grâce à des composants de chaussures imprimés en 3D. Cela permet aux marques de chaussures d'accélérer la mise sur le marché tout en explorant de nouveaux modèles et en introduisant de plus grandes options de personnalisation.

Malgré ces avantages, l'utilisation de l'impression 3D dans les chaussures reste limitée, car la technologie manque actuellement d'évolutivité pour répondre aux besoins intensifs et de haute productivité de l'industrie de la chaussure.

Cela dit, l'impression 3D de chaussures continuera d'évoluer, portée par les tendances de la fabrication numérique et la demande d'expériences personnalisées.

Bien sûr, l'adoption de l'impression 3D créera des défis dans la chaîne de valeur de la chaussure, et les relever demandera du temps et des efforts. Cependant, la récompense sous la forme d'offres de produits et de services uniques peut en valoir la peine. À terme, l'industrie de la chaussure pourrait devenir le premier grand adoptant de l'impression 3D pour la production de masse de produits de consommation.