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1、- White Paper Series -3D科学谷白皮书系列3D打印与鞋制造技术白皮书1.0White Paper of 3D Printing and Shoes Manufacturing 1.0Version ID:中文English2百万+点击量（年）10万+订阅用户；4百万+阅读量机械工人出版社发行，京东、当当有售AME卓越论坛聚焦3D打印改变产品的方式行业应用白皮书提升行业对3D打印的认知水平3D Science Valley市场研究白皮书系列、Insights行业洞见、AME卓越论坛、3D打印与工业制造，四大板块之间相互联动，3D科学谷立足上海与德国柏林，全球视野，精准洞察，

2、()，是国际上最有影响力的3D打印界的智囊平台。能量聚合融合交汇认知贯通升级多维全球鞋制造市场目前全球鞋类产品主要消费市场集中在两类地区，一类是经济发达的国家和地区，如美国、欧盟、日本、加拿大等，另一类是人口众多的国家及地区，如中国、印度、巴西、印尼等。据统计，进入21世纪后，全球前10名的年鞋类消费大国分別为：中国（22.57亿双）、美国（21.33亿双）印度（20.09亿双）、日本（6.2亿双）、巴西（5.52亿双）印尼（4.8亿双）、法国（3.3亿双）、德国（3.24亿双）、英国（2.78亿双）、巴基斯坦（2.3亿双）。在上述国家中，中国、印度、巴西、印尼等国家人口众多，拥有巨大的鞋产品

3、消费市场，但同时这些国家拥有大量的制鞋企业，其产品可满足大部分国內需求，对外部产品需求不大。随着这些国家经济的发展，鞋产品消费市场的增长空间极大，这些国家將是鞋产品消费最具潜力的市场，也是鞋类产品出口最具潜力的目标市场。1全球鞋类产品消费情况据Euromonitor估计，中国鞋类市场未来几年的增长率将保持在9%以上，2015年中国鞋类销售额达到3,800亿元人民币。中国鞋类市场情况数据来源：E广东东莞福建晋江浙江温州四川成都广东堪称全球鞋业最活跃最具潜力的地区之一。广东目前具有一定规模的制鞋企业有五、六千家，年产量达30多亿双，出口外销总额达到47亿多美元，产销总量占全国近一半，均为全国之冠。

4、晋江是全国重要的体育用品制造基地，诞生了安踏、361度、特步、鸿星尔克、亚礼得、德尔惠、喜得龙等知名品牌。制鞋是温州的传统行业，温州市约有制鞋企业2694家，周围还聚集着上千家的鞋机、鞋饰、鞋底以及皮革生产企业。鞋业尤其是女鞋已成为成都市乃至四川省最具特色的优势产业中国鞋业产业集群鞋模开发的传统流程开发取版 画2D工程图建3D模型编写CAM程式精雕加工木模木模修饰确认拆模缩模放全套量产加工全套生产木模鞋模，通常是指运动鞋和沙滩鞋、拖鞋、胶鞋等鞋类的模具，其中以运动鞋为主。模具是指工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压、拉伸等方法得到所需产品的各种模子和工具。鞋制造工艺流程设

5、计开发打板流水生产开料裁断帮面制作上楦抵扣定型脱楦钉跟/贴中底品质检查整理包装鞋制造中应用的3D打印技术与材料3D打印在鞋领域的应用概况6鞋底打印技术：3D DrawingImage courtesy: Reebok鞋中底打印技术：SLS, HSS, 惠普Multi-Jet FusionImage courtesy: Nike鞋底打印技术：SLSImage courtesy: SOLS3D打印在鞋制造领域的应用鞋木模鞋垫、鞋中底鞋底、鞋面鞋打印技术：SLS、FDM混合打印等鞋中底打印技术：CLIPImage courtesy:Under ArmourImage courtesy:Addidas

6、鞋垫打印技术：FDM, 惠普Multi-Jet Fusion, HSS, SLS, 等3D打印技术在鞋制造业中的应用细分鞋模鞋垫、鞋底整鞋鞋面鞋模-看样模、试穿模3D打印技术：SLA、Polyjet图片：PUMMA鞋模-翻砂铸造原型3D打印技术：SLA鞋垫、中底3D打印技术：SLS, SLA,HSS, MJF，DLS，FFF鞋外底3D打印技术：SLS，3D Drawing.图片：阿迪达斯鞋面3D打印技术：Voxel8 ActiveMix多材料鞋面3D打印技术：SLS、FDM 图片： SOLS图片： Voxel8间接应用直接制造随数字化转型而普及中小批量生产批量定制化小批量生产趋势？概念？运动鞋

7、中底生产中应用的典型3D打印材料选区激光烧结技术(SLS)MJF技术HSS技术TPU粉末，尼龙弹性体聚氨酯(EPU)树脂光聚合技术(如：Carbon DLS）硅橡胶长丝熔丝制造（FFF）3D打印材料3D打印技术典型应用3D打印鞋中底-阿迪达斯3D打印鞋中底-匹克鞋中底内芯-ECCO8不管是通过激光烧结技术加工的TPU材料，还是通过液态树脂固化技术加工的EPU材料，或者是通过惠普的MJF技术以及HSS高速激光烧结技术加工的尼龙材料。耐磨、弹性、抗冲击成为3D打印技术与3D打印材料进入鞋类制造领域的关键考核因素。而从打印材料来看，Lehmann&Voss&Co，科思创（属于拜尔）在这个领域已经形成

8、了一个广泛的3D打印材料投资组合。专注于高性能聚合物，包括热塑性聚氨酯（TPU）、聚氨酯（PU），和聚碳酸酯，科思创生产用于激光烧结技术的TPU粉末。此外，3D打印软件及打印材料服务厂商 Materialise也提供TPU粉末。而在鞋中底内芯打印方面，ECCO使用的材料是陶氏化学生产的硅橡胶材料。鞋材胶粘剂管材薄膜合成革熔纺氨纶工业用纶电缆其他Materialise TPU 92A-1BayerMaterialiseFDM 打印材料打印材料SainSmartYasin 3dAirwolf 3D WolfBendCreativeToolsRubber3dprintingTPU 3D打印机SLS打

9、印材料打印材料SLS Technology EOS from GermanyFDM Technology Ultimaker, AirwolfTPU 下游应用市场TPU 3D打印材料与设备尼龙 3D打印材料与设备10SLS:StratasysUltimakerAirwolf 3DCosine AdditiveRobozeDDD MaterialeSun 深圳易生EOSEvonikFarsoon StratasysTaulman 3DPA 3D 打印材料：FDM:Multi Jet Fusion-多射流熔融 :HSS-高速烧结:迄今为止，选择性激光烧结粉末床-SLS工艺、多射流熔化-MJF工艺、

10、高速烧结-HSS工艺中使用最广泛的塑料是聚酰胺（PA）- 尼龙。尼龙比其他一些塑料（如ABS）更坚固，更耐用，虽然SLS设备厂商或其他3D打印技术设备制造商都提供某种形式的PA，但目前最基本的品种是PA11和PA12，当然也有许多类型的PA复合材料，包括玻璃增强尼龙、碳纤维增强尼龙，以提供某些附加的性质。TPE 3D打印材料与设备SLS Technology EOS3D SystemsTPE PrintersFDM Technology VerbatimNinjaFlex热塑性弹性体TPE(Thermoplastic Elastomer) 是一种具有橡胶的高弹性，高强度，高回弹性，又具有可注塑

11、加工的特征的材料。TPE作为3D打印材料由两种形态，一种是适用于SLS 3D打印的TPE 粉末材料，另一种是适用于FDM 3D打印的丝材。TPE 丝材是可用于3D打印鞋垫。SLS 3D打印技术领域，EOS 等工业级3D打印机企业提供TPE 材料。EOS PrimePart ST PEBA 2301材料即为一种TPE 粉末材料。Recreus 公司曾尝试使用 FilaFlex线材制造了一双完全是3D打印的鞋子。TNO 的柔性3D打印生产系统与鞋垫制造技术123D打印定制化鞋垫设计与生产技术鞋垫的设计可以分解为4个充满着晶格结构的部分荷兰研究机构TNO研发了基于增材制造的柔性生产平台，这种生产平台

12、可以规模制造复杂的产品，每个产品在某种程度上都是定制的，同时3D打印速度也大大提高，比传统的独立3D打印系统快了10倍。鞋垫经过生物力学设计，具有良好机械性能。每双鞋垫是根据穿着者足部的力学数据定制化设计的。鞋垫由TNO 3D打印系统中集成的SLS 3D打印技术和尼龙材料（PA-15）定制化生产。TNO 的鞋垫3D打印技术可应用于矫形鞋垫制造、运动鞋、休闲鞋鞋垫制造，以及时装鞋鞋垫制造领域。未来，TNO 还将尝试多种材料定制化鞋垫的3D打印，以及集成传感器等电子部件的3D打印鞋垫。TNO 的柔性3D打印生产系统适合进行鞋垫的小批量定制化生产，并在制造多功能的定制化鞋垫方面具有优势。3D打印应用

13、价值分析与典型案例鞋模的3D打印替代传统木模简化鞋模制造流程缩短新鞋研发周期提高出货速度鞋底花纹精准打印无需专门咬花消除对手工修模的依赖需要具有3D打印功能的软件自动进行CAD 文件-STL 文件的转换避免长时间手动修模文件转换时间与花纹数量有关3D打印翻砂铸造鞋模价值分析案例 l 3D打印鞋模应用：-试穿模、看样模：在鞋子正式投产前提供试穿鞋样，可以通过3D打印直接打印软材料鞋样，以测试楦头、鞋面、鞋底之间的配合，有效缩短鞋子的设计周期。- 翻砂铸造原型：取代传统方式制造的木模，直接作出可以翻砂铸造鞋样原型。将精细花纹连同整个鞋模一体打印出来，避免使用依靠喷点腐蚀进行咬花的传统工艺。材料：树

14、脂3D打印材料有类橡胶，类ABS，类PP等性能各异的材料图片：联泰科技图片：联泰科技案例 l 结合三维扫描的鞋模数字化设计15目前，大部分的鞋模客户都是提供样品，然后由鞋模生产厂家根据样品来制作模具。鞋模的加工离不开3D数据。如果使用3D扫描仪，可以直接获取样品的高细节数据，再绘制可用于加工的3D数据。针对外形比较复杂、曲面较多的鞋底模型样品，使用3D扫描仪，获取样品数据，还原度更高。第一步：利用EinScan-SP桌面3D扫描仪的转台扫描模式，全自动扫描，八分钟完成鞋底样品扫描，数据自动拼接，一键生成封闭STL数据。第二步：再将获取到的数据，导入到Rhino软件中，创建3D数据。传统鞋模制造

15、流程温州胜春鞋模厂数字化鞋模设计运动鞋的3D打印运动鞋制造趋势与3D打印技术的应用打造鞋的快速定制化生产能力，成为运动鞋制造企业新一轮竞争的焦点。特别是对于鞋子的舒适度和力学性能要求较高的运动鞋制造领域，市场上知名的运动鞋品牌在这方面的竞争尤为激烈，耐克、阿迪达斯等国际品牌以及匹克、李宁、安踏等国内品牌无一不在对消费者或某项特定体育运动群体的个性化需求做出响应，并通过推出小批量定制化运动鞋产品来逐渐完善自身对于个性化需求快速响应的制造能力。2017年以来，陆续登陆市场的几款带有3D打印鞋中底的运动鞋，例如阿迪达斯Futurecraft 4D,Under Amour Under Armour A

16、rchitech，匹克Future I，都是运动鞋制造商在小批量定制化生产方面所进行的尝试。3D打印技术作为鞋类快速定制化生产链条中的一种重要工艺，受到了鞋类制造商的重视。3D打印为鞋制造商带来的不仅是无模具化和小批量定制化生产的能力，还有商业模式上的改变，包括3D打印、数字化设计、三维扫描在内的数字化技术催生了鞋制造商与消费者紧密结合的小规模、去中心化的制造模式，这与设计、制造与消费者相互独立的传统大规模生产模式有着显著的区别。根据不同运动需求，实现性能定制数字化制造去中心化，离散制造3D打印运动鞋中底价值分析中底在外底和鞋身之间的层夹心是中底，厚度在1-2cm左右，担负着缓冲地面震动的作用

17、。人体在奔跑时，地面传给身体的震动约为步行时的8倍。中底是跑鞋中至关重要的结构，一双跑鞋的性能和价格如何，中底至少决定了60%。如果运动鞋中没有鞋中底结构，跑步时的震动源源不断地作用于人体，将对人体造成各种运动伤害。鞋中底的设计涉及生物力学、塑料工程、材料开发等多学科。市场上几乎每个运动鞋品牌都拥有自己独家的减震科技，每家的鞋中底制造技术和原理不尽相同。3D打印中底是一种新兴的中底制造技术。3D打印鞋中底图片:Under Armour中小批量生产晶格结构满足不同性能要求符合数字化柔性生产趋势阿迪达斯（Adidas）鞋中底技术BoostBounce 耐克（Nike）的鞋中底技术LunarlonA

18、IR ZOOMAIR MAX代表性的传统运动鞋中底技术推出3D打印运动鞋的品牌国际知名运动鞋品牌国内知名运动鞋制造创新企业案例 l 扫描、生物力学分析、仿真、3D打印集成的中底定制技术ECCO QUANT-U 鞋中底定制技术第一步，通过3D扫描仪对脚型进行测量与扫描，在这个过程中，会记录用户的双脚形态，对双脚的脚部解构有最直观和最精确的了解。第二步，用户穿着内有传感器的测试鞋在跑步机上进行行走测验。整个过程中，传感器会对用户的行走习惯有全面的了解，行走时的重力偏向，起跳加速效率。这些生物力学数据将用于鞋中底自动化设计。设计软件是Dassault Systmes（达索）基于云的3DEXPERIE

19、NCE平台，该平台根据生物力学数据自动生成3D打印的几何形状，并通过FEA仿真验证生成的设计，以确保产品具有卓越的功能。第三步，3D打印中底内芯。案例 l 3D打印在鞋中底批量生产中的应用阿迪达斯 AlphaEdge 4DAlphaEdge 4D 中使用的中底为3D打印中底技术，鞋面为ForgeFiber。鞋中底是使用Carbon 公司光聚合3D打印技术- Digital Light Synthesis ，材料为EPU 树脂材料。AlphaEdge 4D 并不是阿迪达斯推出的首款3D打印鞋，比如说在此之前已推出了小批量生产的Futurecraft 4D。 从发售规模来看，AlphaEdge 4

20、D 达到中等规模，全球 10 万双，大陆 1 万双。AlphaEdge 4D 3D打印中底仍为标准化产品，目前还没有进行批量定制化生产。鞋垫的3D打印3D打印定制鞋垫/矫正鞋垫价值分析软木原材料塑料原材料皮革原材料组装软木组装塑料仓储规模制造骨科医生终端用户塑料材料鞋垫制造商骨科医生3D扫描终端用户3D打印服务商制造周期短数字化设计与制造更高性能流程多周期长对经验依赖高传统3D打印鞋垫定制的数字化端到端解决方案足部扫描手机APP足底扫描仪如：如：客户3D打印WiivvSuperfeet技术：MJF 多射流熔融材料：尼龙12技术：SLS 选区激光熔融材料：尼龙设计CAD建模增材制造设计如：生成点

21、阵结构软件：Materialise 3-matic; Autodesk Within; Simpleware lattice toolseasyCAD客户鞋垫定制的商业化案例 - SOLS23美国企业SOLS 由Shapeways 在线3D打印服务商的前工业工程与运营总监创立。该公司早期的产品是为医生以及患者定制化制造带有矫正功能的鞋垫。穿戴者的足部数据获取、鞋垫的设计与制造均采用数字化技术。SOLS 公司在矫正鞋垫定制化领域的核心技术是其扫描技术与建模技术。SOLS让用户可以使用智能手机APP进行足部扫描，3D扫描收集到脚和脚踝上的数十万个点的数据，这些数据被直接提交给SOLS的数据库。SO

22、LS 基于这些数据，通过计算机视觉技术、摄影测量、生物力学分析、复杂的算法进行矫正鞋垫的建模设计，最后使用3D打印技术进行定制化生产。这一数字化的设计过程，取代了传统的手工设计方式，鞋垫的设计时间大大缩短，设计也更加精准。鞋垫定制的商业化案例 - Superfee24Superfeet使用高清晰度3D扫描和生物力学压力分析系统，不仅可以捕捉客户的脚部形状和结构，还可以分析其行走和移动的方式。这种3D扫描技术使Superfeet能够设计出消费者可以在一天中佩戴的定制鞋垫。这种技术真的可以帮助未来制作的3D印花鞋。鞋垫使用HP的多喷射熔融3D打印技术制造，其打印速度比市场上其他FDM和SLS的打印

23、速度快十倍。为了让客户掌握鞋垫，他们必须在精选的商店中进行3D扫描。如果经过分析，他们的脚被分析Superfeet可以设计和3D打印定制的鞋垫，然后运送到家。2017年9月，惠普推出了一项鞋制造领域的新技术-足部数据收集、分析与制造平台FitStation。惠普的FitStation平台将通过3D扫描技术和独特的压力板收集消费者的动态步态数据，并对数据进行分析，最终进行个性化鞋类产品的定制化设计与制造，是一种端到端的软件和硬件解决方案。惠普FitStation平台的两家合作伙伴，一家是SuperFeet,另一家是德国安全鞋制造企业Steitz S3D打印设备与服务设备一览国家品牌主要技术中国铂

24、力特粉末床熔化-PBF,直接能量沉积- DED中国隆源粉末床熔化-PBF,直接能量沉积- DED中国永年激光粉末床熔化-PBF,直接能量沉积- DED中国易加三维光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF中国华曙高科粉末床熔化-PBF，选择性激光烧结-SLS中国恒通光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF中国华科三维光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF，选择性激光烧结-SLS中国联泰科技光固化工艺- VAT Photopolymerization中国太尔时代材料挤出工艺-

25、Material extrusion中国盈普光电选择性激光烧结-SLS中国武汉滨湖光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF，选择性激光烧结-SLS，LOM层压技术中国杭州德迪光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF选择性激光烧结-SLS中国中瑞科技光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF选择性激光烧结-SLS中国先临三维材料挤出工艺- Material extrusion，生物打印中国闪铸科技材料挤出工艺- Material extrusion中国武汉天昱直接能量沉积- DE

26、D中国恒利粘结剂喷射-binder jetting, 粉末床熔化-PBF，选择性激光烧结-SLS中国珠海西通光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF中国智熔系统粉末床熔化-PBF，直接能量沉积- DED中国中科煜宸粉末床熔化-PBF，直接能量沉积- DED中国鑫精合粉末床熔化-PBF，直接能量沉积- DED中国汉邦科技粉末床熔化-PBF中国广东信达雅粉末床熔化-PBF中国大族激光光固化工艺- VAT Photopolymerization，粉末床熔化-PBF, 粘结剂喷射-设备一览国家品牌主要技术日本Aspect粉末床熔化-PBF日本CMET光固化工艺-

27、 VAT Photopolymerization日本D-MEC光固化工艺- VAT Photopolymerization日本Matsuura粉末床熔化-PBF+铣削日本Ricoh粉末床熔化-PBF日本Sodick粉末床熔化-PBF+铣削韩国Carima光固化工艺- VAT Photopolymerization韩国InssTek直接能量沉积- DED韩国Rokit材料挤出工艺- Material extrusion韩国Sentrol粉末床熔化-PBF, 粘结剂喷射-binderjetting德国Arburg材料挤出工艺- Material extrusion德国Concept Laser粉末

28、床熔化-PBF德国Envisiontec光固化工艺- VAT Photopolymerization, 材料挤出工艺- Material extrusion,LOM层压技术德国EOS-易欧司粉末床熔化-PBF，选择性激光烧结-SLS (DMLS)德国Geman RepRap材料挤出工艺- Material extrusion德国Apium(Indmatec)材料挤出工艺- Material extrusion德国Nanoscribe光固化工艺- VAT Photopolymerization德国OR Laser粉末床熔化-PBF德国Rapid Shape光固化工艺- VAT Photopoly

29、merization德国Realizer粉末床熔化-PBF德国DMGMORI-德马吉森精机粉末床熔化-PBF德国SLM Solutions粉末床熔化-PBF德国Trumpf-通快粉末床熔化-PBF，直接能量沉积- DED德国Voxeljet粘结剂喷射-binder jetting,高速激光烧结-HSS设备一览国家品牌主要技术美国3D Systems光固化工艺- VAT Photopolymerization, 材料喷射-Material Jetting, 粉末床熔化-PBF，粘结剂喷射-binder jetting美国Carbon光固化工艺- VAT Photopolymerization美国

30、Desktop Metal材料挤出工艺- Material extrusion, 粘结剂喷射-binder jetting美国Exone粘结剂喷射-binder jetting美国Fabrisonic层压- Sheet Lamination美国Fromlabs光固化工艺- VAT Photopolymerization美国HP-惠普MJF-多射流融化美国Markforged材料挤出工艺- Material extrusion美国Optomec直接能量沉积- DED, 材料喷射-Material Jetting美国RPMI直接能量沉积- DED美国Sciaky直接能量沉积- DED美国Virid

31、is 3D粘结剂喷射-binder jetting美国Voxel 8直接书写-DW美国GE粉末床熔化-PBF以色列Massivit材料挤出工艺- Material extrusion以色列Stratasys材料挤出工艺-Material extrusion, 材料喷射-Material Jetting以色列SolidScape材料喷射-Material Jetting以色列Nano Dimension材料喷射-Material Jetting意大利DWS光固化工艺- VAT Photopolymerization意大利Sharebot材料挤出工艺- Material extrusion, 光固

32、化工艺- VAT Photopolymerization, 粉末床熔化-PBF意大利Sisma粉末床熔化-PBF, 直接能量沉积- DED设备一览国家品牌主要技术法国3DCeram光固化工艺- VAT Photopolymerization法国BeAM直接能量沉积- DED法国Prodways光固化工艺- VAT Photopolymerization, 粉末床熔化-PBF荷兰Additive Industries直接能量沉积- DED荷兰Admatec材料挤出工艺- Material extrusion荷兰Luxexcel材料挤出工艺- Material extrusion英国Renisha

33、w-雷尼绍粉末床熔化-PBF澳大利亚 Asiga光固化工艺- VAT Photopolymerization奥地利Lithoz光固化工艺- VAT Photopolymerization波兰Sinterit粉末床熔化-PBF新加坡Structo光固化工艺- VAT Photopolymerization瑞典Arcam粉末床熔化-PBF瑞士Sintratec粉末床熔化-PBF台湾Microjet Technology粘结剂喷射-binder 软件一览公司软件应用3DSIMexaSIM金属打印仿真优化软件AltairSolidThinking Inspire拓扑优化、仿真AnsysSpaceCla

34、im分析、修复、编辑、切片AutodeskMeshmixerSTL编辑Netfab Standard, Premium, Ultimate数据准备、切片、晶格、拓扑优化Shapeshifter建模Winthin创成式设计建模Fusion, ForgeCAD建模平台Dassault3DEXPERIENCE,Solidworks，CATIACAD建模平台MaterialiseMagics, 3-matic, Streamics, 3-stage数据准备、切片编辑、打印管理SiemensUGCAD建模部分尼龙材料与3D打印设备部分尼龙材料与3D打印设备部分尼龙材料与3D打印设备部分尼龙材料与3D打印设备部分尼龙材料与3D打印设备34华曙高科华曙高科部分尼龙材料与3D打印设备部分尼龙材料与3D打印设备部分TPU材料与3D打印设备部分TPU材料与3D打印设备部分TPE材料与3D打印设备39