3D печать в производстве обуви: интеллектуальные стельки
Умные стельки, разработанные Gait & Motion Analysis Lab в Гонконгском политехническом университете.
Доктор Рой Ченг из Gait & Motion Analysis Lab – создатель умных интеллектуальных стелек, которые печатаются на 3D принтере. Сам Рой увлекается бегом и начал интересоваться умными стельками для себя, но дорогая рыночная стоимость заставила его задуматься о реализации этого проекта самому.
Рой специализируется на биомеханике бега, эффективности профилактических девайсов для спортсменов, проведения тренингов по реабилитации и профилактике травматизма, и получил крупные исследовательские гранты на свои разработки (от Фонда общих исследований, Фонда медицинских исследований, Фонда инновационных технологий и т.д.).
Лаборатория Gait & Motion Analysis Lab была основана в Департаменте реабилитационных наук в Гонконгском политехническом университете. Исследования в лаборатории фокусируются на изучении механики, процесса бега, реабилитации и предотвращении травм. Исследователи стремятся понять характер связи между мозгом, нейрофизическими системами регулирования и движениями человека во время ходьбы и бега.
Как создание обычной стельки по индивидуальному заказу, так и разработка умной стельки традиционными методами – сложный и дорогостоящий процесс, а целевая аудитория – очень узкая (по сути только профессиональные спортсмены).
В итоге:
До использования 3D печати традиционный метод включал в себя следующие недостатки:
- Высокая стоимость производства
- Только большие тиражи производства по литьевой форме
- Неточный результат при производстве вручную.
С использованием Raise3D N2 компания смогла:
- Уменьшить время производства на 64,29 %
- Сократить производственную стоимость на 99,5 %
- Разрабатывать точные и совершенные модели.
Процесс:
Умные стельки включают в себя электронные сенсоры и основу из термопласта. Процесс производства можно разделить на три главных этапа:
- Сканирование стопы
- Моделирование стельки и расположения датчиков / дизайн
- Печать / установка электроники
Рой начинает со сканирования стопы, результат которого будет использоваться для моделирования стельки.
Используя визуализированные данные сканирования в ПО для моделирования, он может с легкостью найти правильное решение по расположению датчиков на стельке с учётом её формы и отсканированной модели ноги. Рой помещает два датчика давления: в районе пятки и плюсневой кости. Модули Bluetooth установлены в области сгиба.
Используя визуализированную модель и 3D печать, Рой максимизировал защиту электроники, расположенной на стельке. Сделать это удалось с помощью правильного размещения всех компонентов на стельке и, контролируя твердость стельки посредством выбора нужного филамента и процента заполнения модели при печати. Все электронные компоненты будут размещены между слоями модели.
 Схема размещения встроенной электроники |
 Печать стельки на Raise3D N2 |
Проблема:
Если бы умные стельки изготавливались на традиционном производстве, готовые стельки с датчиками давления стоили бы свыше 12000 американских долларов, и могли бы прослужить только один год.
Традиционный способ производства заключается в:
- литье формы из пены, силикона или гипса;
- термоформовании стельки по отпечатку стопы;
- коррекции стельки и завершении работы.
Для производства интеллектуальной стельки дополнительно требуется изготовление и установка интегральной схемы. Проблема состоит в том, что без литья формы (для производства больших тиражей), небольшие партии изготавливаются и прототипируются вручную, что приводит к неточным результатам.
Решение:
Используя 3D печать, Рой смог убрать большую часть процессов по изготовлению стельки. Raise3D N2 может построить готовый продукт от и до с индивидуальной формой стельки и определенным расположением элементов, и автоматически оставит пространство для схемы. После установки схем принтер полностью закрывает электронику, печатая верхние дополнительные слои. Благодаря автоматизации этого процесса, сокращаются затраты на рабочую силу, стоимость оборудования и время выполнения. Самое главное, Raise3D позволяет производить настройку печати стельки и размещение схемы за один сеанс печати. В результате стоимость стельки снижается до 64 американских долларов. Время изготовления сокращается с 2-ух недель до 5-ти дней (или меньше). Список оборудования включает в себя: компьютер, сканер, принтер вместо термоформовочной и шлифовальной машины.
 Частично напечатанная стелька со схемой внутри |
 Полностью напечатанная стелька с замкнутой цепью |
| Традиционный способ | 3D печать | % экономии | |
|---|---|---|---|
| Время | 2 недели | 5 дней | 64,29 % |
| Стоимость | 12000 USD | 64 USD | 99,5 % |