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Il cerchio della scarpa stampata in 3D si chiude con la customizzazione di massa della tomaia

Tante grandi compagnie, tra cui Nike, Adidas, Reebok, Carbon e altre, sono convinte che il settore delle calzature potrebbe essere il primo grande adottatore delle tecnologie di 3D printing per la produzione di massa di prodotti di consumo e questo si riferisce in particolare alle applicazioni di costumizzazione. Finora, tutte le compagnie appena citate si sono concentrate in primo luogo sulla stampa 3D di suole e intersuoleVoxel8, una startup dalla storia appassionante che affonda le sue origini nella Harvard University, è pronta a scommettere sul resto della scarpa, ovvero sulla tomaia, introducendo il suo esclusivo processo di estrusione e coloring di materiali in poliuretano avanzati, ActiveMix®.

Durante il nostro recente viaggio a Boston, abbiamo avuto il piacere di incontrare uno dei più importanti ricercatori a livello globale per quanto riguarda il settore dell’estrusione e del bioprinting: la professoressa Jennifer Lewis, dell’Harvard Wyss Institute’s Lewis Lab. La professoressa Lewis non è solo un’esperta in bio-inchiostri ma lavora all’estrusione dei materiali da oltre due decenni e parte della sua ricerca costituisce il cuore della nuova tecnologia di Voxel8. Ad Harvard, abbiamo avuto modo di fare una splendida chiacchierata con lei. Oltre ad averci aiutato a chiarire tanti aspetti dell’evoluzione del 3D printing e del bioprinting negli anni recenti, la professoressa Lewis ci ha offerto anche alcuni spunti riguardanti il suo studio di svolta sul bioprinting del cuore e dei tessuti epatici, la cui uscita è imminente.

Una volta tornati sulla terra, la professoressa Lewis ci ha suggerito di metterci in contatto con i co-fondatori di Voxel8  Travis Busbee e Jack Minardi, per saperne di più sulla loro applicazione e sul suo potenziale impatto in un futuro non troppo distante. Sebbene con poco preavviso, Jack è stato così gentile da riceverci e ci ha fatto da guida in un tour della struttura. Si è trattato di un’esperienza notevole e, anche se la tecnologia che abbiamo visto è concentrata principalmente sulla prototipazione e sul breve termine, la visione di Voxel8 è emersa in maniera piuttosto chiara e potrebbe avere davvero un impatto sulla produzione calzaturiera di massa in un futuro non così lontano.

Pronti a correre

Dopo aver accumulato esperienza sull’estrusione multi-materiale per il suo pionieristico sistema di 3D printing per componenti elettronici, Voxel8 si concentra adesso sui poliuretani di grado ingegneristico. Questi materiali viscosi, che spesso sono considerati gli “Eldorado della stampa 3D” per via delle sfide e delle potenziali gratificazioni nel riuscire a stamparli, vengono stampati tramite il sistema ActiveMix®, all’interno di un macchinario denominato ActiveLab®.

In questo approccio, la testina di estrusione impiega un sistema di pompaggio complesso per consentire il controllo programmabile della composizione, della geometria e delle proprietà meccaniche delle caratteristiche stampate su tomaie (e altri tessili) e altre forme 3D come intersuole e suole.

ActiveMix®
La complessa pompa di estrusione per poliuretano multi-materiale sul sistema ActiveLab®

Il risultato è che Voxel8 è in grado di stampare in 3D pattern in poliuretano su qualsiasi superficie. Inoltre, attraverso l’integrazione della tecnologia del getto d’inchiostro, la compagnia può inserire immagini e pattern a colori tra gli strati di poliuretano, consentendo una maggiore costumizzazione.

Il sistema ActiveLab® – attualmente disponibile sul mercato – è stato realizzato appositamente per la prototipazione e il breve termine, con il coloring effettuato da una macchina a parte. Anche in questo modo, il processo aggiunge diversi gradi di automazione ad un approccio che altrimenti richiederebbe un’intensa manodopera. Inoltre, il sistema di produzione ActivePro®, in imminente uscita, sarà in grado di integrare e automatizzare ulteriormente entrambi i processi.

ActiveMix®
Diversi effetti di coloring stampati in 3D su tessili

“La nostra visione è quella di affrontare una delle aree della produzione calzaturiera che richiedono più manodopera, ovvero quella che riguarda la realizzazione della tomaia,” spiega Minardi. “Svariate compagnie si sono concentrate sull’intersuola e la suola, le quali vengono tradizionalmente realizzate tramite lo stampaggio a iniezione. La tomaia è composta da una serie di materiali, tra cui diversi tipi di tessuti e plastiche con proprietà variabili. La nostra tecnologia consente la costumizzazione di massa delle tomaie attraverso un processo altamente automatizzato che porterà il design digitale e la manifattura più vicino al cliente.”

“Slacciare” i vincoli della manifattura tradizionale

Al mondo, sono due le compagnie che sono state in  grado di portare sul mercato una stampante 3D per componenti elettronici: una è Nano Dimension e l’altra è Voxel8. Entrambe hanno abbandonato il loro progetto iniziale, piuttosto “consumer-oriented”, per creare un sistema più industriale con più applicazioni pratiche a breve termine. Il sistema professionale Nano Dimension è rimasto focalizzato sui componenti elettronici mentre Voxel8 si è avventurato in una nuova area dei sistemi di manifattura dedicata al digital footwear.

Per entrambe le compagnie, i sistemi attualmente disponibili rappresentano un passaggio intermedio verso dispositivi orientati alla produzione su vasta scala. I sistemi di digital manufacturing Voxel8 sono destinati a ridurre in maniera sostanziale i cicli di progettazione e produzione, sia per il custom-release che per le produzioni su vasta scala future.

ActiveMix®
Un render iniziale del sistema di produzione completamente automatizzato ActivePro®. La bobina tessile passa attraverso due testine di estrusione e una testina di coloring a getto d’inchiostro prima di raggiungere le stazioni di finishing e cutting.

Potendo contare sul sostegno  multimilionario da parte di Braemar Energy Ventures e ARCH Venture Partners, Voxel8 ha ora a disposizione 15 ingegneri e 39 brevetti per il suo processo “Il nostro approccio alla manifattura calzaturiera è a livello di prototipazione e creativo”, afferma Minardi. “Al momento, un designer impiega dai 12 ai 18 mesi affinché la prima versione di un nuovo prodotto raggiunga la vendita. Una delle ragioni per cui questo accade è che mentre per gran parte delle compagnie la fase di progettazione avviene negli Stati Uniti, la manifattura si sposta poi in Asia. Il processo di manifattura tradizionale richiede strumenti costosi e mold-cutting. Si tratta di un processo che necessita di un’intensa manodopera e con centinaia di mani che hanno a che fare con la singola scarpa. Quello che noi stiamo facendo è automatizzare il più possibile questa lavorazione, partendo dalla tomaia. In questo modo possiamo ridurre i requisiti di tempo da 12-18 mesi a 2-4 settimane per la consegna del prodotto finale.”

Le scarpe Voxel8 completamente digitali

Il sistema di manifattura digitale di Voxel8 non richiede alcun tooling, il che determina una diminuzione dei costi di configurazione e accelera drasticamente i tempi di commercializzazione. “Possiamo realizzare loghi, scritte e altri dettagli estetici insieme a caratteristiche funzionali come rinforzi o contrafforti del tallone con zero tooling,” dice Minardi. “Oltre a riprodurre i processi di manifattura tradizionali a costi più bassi, possiamo anche creare tomaie la cui realizzazione non è al momento possibile.”

ActiveMix®
Grazie alla sua tecnologia, Voxel8 è in grado di controllare digitalmente e variare le proprietà meccaniche del poliuretano.

“Ad esempio, possiamo variare la durezza e la viscosità in base alla zona, in fase di deposito del materiale. Regolando digitalmente la composizione e le proprietà meccaniche dei nostri materiali in poliuretano, facciamo in modo che offrano esattamente il sostegno necessario laddove questo è necessario. Inoltre, tra i layer in poliuretano trasparente, impieghiamo la testina a getto d’inchiostro per la colorazione completa.  Così facendo, possiamo utilizzare la robustezza, la resistenza all’abrasione e la durevolezza degli elastomeri in poliuretano di livello industriale in concomitanza con la capacità ad alta risoluzione e a colori della tecnologia a getto d’inchiostro.”

In questa prima fase, Voxel8 si accinge a portare sul mercato il sistema ActiveLab®, il quale integra testina di stampa, software e formulazioni di materiali brevettati. Il sistema attuale è economicamente vantaggioso per produzioni costumizzate di 30-50 paia al giorno, proprio come stanno iniziando a proporre i produttori di scarpe. Dal canto suo, il sistema ActivePro® consentirebbe la produzione di 500.000 paia l’anno a costi competitivi o migliori rispetto a quelli dei processi manifatturieri tradizionali che si svolgono in Asia.

Sistema di produzione modulare

I materiali tessili presentano una varietà di formati, che comprendono rocchetti, maglie piane ed engineered mesh. Il sistema di produzione sarà modulare per fare spazio a tutti. Ci sarà una stringa di testine di stampa che depositeranno il primo layer di poliuretano con proprietà dei materiali adattate in base alla zona, poi una testina a getto d’inchiostro applicherà il colore prima che un’altra stringa di testine di estrusione stampi il secondo layer. La fase successiva avviene all’interno di un forno di curing integrato che tratterà i materiali nel giro di qualche minuto, prima di passare alla fase finale, ovvero quella del taglio laser per dare la forma alla tomaia. L’operatore non dovrà far altro che caricare la bobina di materiale tessile e i componenti in poliuretano, e nel giro di qualche minuto verrà fuori una tomaia completa e costumizzata. Oltre a mantenere la competitività a livello di costi nella produzione di massa, il sistema ActivePro® consentirà la produzione di massa costumizzata in scala, consentendo anche la realizzazione di lotti di produzione composti da singole unità.

ActiveMix
Il sistema funzionale ActiveLab® che è già stato ordinato da un’importante compagnia calzaturiera.

“Il bello è che a vederle non ci si accorge neanche che le scarpe sono state stampate in 3D,” afferma Minardi. Infatti, il poliuretano viene fuori completamente liscio, senza le linee dei layer. “Possiamo lavorare praticamente con tomaie composte da qualsiasi tessuto, ” prosegue Minardi. “Al giorno d’oggi, le tomaie in maglia vanno per la maggiore ma il nostro sistema ci consente di applicare il poliuretano a qualsiasi tipo di tessuto e capo di abbigliamento.”

Almeno uno dei principali brand calzaturieri ha già ordinato il sistema ActiveLab® quindi il dado è stato tratto. Il sistema per grandi formati ActivePro® somiglia di più, per il suo aspetto esterno, alle stampanti 2D digitali per grandi formati  che a una stampante 3D. Questo approccio, che implementa la tecnologia di estrusione dei materiale concentrandosi sul prodotto finale piuttosto che sul processo stesso, potrebbe essere la chiave del successo di Voxel8 nel riuscire finalmente a ridurre il divario tra la stampa 3D e gli utenti finali.

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