Cerrando el círculo en la impresión 3D de zapatos con la personalización masiva de las partes superiores

Muchas de las principales empresas, incluidas Nike, Adidas, Reebok, Carbon y otras, creen que la industria del calzado podría ser la primera en adoptar tecnologías de impresión 3D para producción masiva de productos de consumo. Esto es particularmente cierto para las aplicaciones de personalización masiva. Hasta ahora, todas estas compañías se han centrado principalmente en la impresión 3D de la suela exterior y la media suela.

Voxel8, una empresa emergente con una fascinante historia, que se originó en la Universidad de Harvard, está lista para apostar por el resto del zapato. Producir la parte superior o “empeine”, mediante la introducción de su exclusivo proceso ActiveMix® con la extrusión y coloración de materiales avanzados de poliuretano.

En nuestro reciente viaje a Boston, tuvimos el gran placer de conocer a uno de los investigadores más importantes del mundo en la industria de la bioimpresión y la extrusión en impresión 3D: la profesora Jennifer Lewis, del Laboratorio Lewis del Instituto Harvard Wyss. La profesora Lewis no solo es experta en tintas biológicas, lleva además más de dos décadas trabajando en la extrusión de materiales. Algunas de sus investigaciones están en el corazón de la nueva tecnología de Voxel8. Tuvimos una charla increíble en Harvard. Por una parte, nos ayudó a aclarar muchos aspectos de la impresión 3D y la evolución de la bioimpresión en los últimos años. Por la otra, nos ofreció además algunos datos sobre su próximo e innovador trabajo sobre la bioimpresión de tejidos cardíacos y renales.

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Volviendo a nuestro tema. La profesora Lewis sugirió además que contactáramos a los co-fundadores de Voxel8, Travis Busbee y Jack Minardi, para obtener más información sobre la aplicación y el impacto potencial en el futuro próximo. Aunque con poco aviso, Jack tuvo la amabilidad de darnos la bienvenida y guiarnos en un recorrido por las instalaciones. Fue una experiencia notable y, aunque la tecnología que hemos visto se centra principalmente en la creación de prototipos y tiradas cortas, la visión de Voxel8 ha emergido claramente y podría tener un impacto en la producción en masa en un futuro cercano.

Preparándose para correr

Después de acumular experiencia en extrusión de múltiples materiales para su sistema pionero de impresión electrónica 3D, Voxel8 está enfocándose ahora en poliuretanos de calidad ingenieril. Estos viscosos materiales a veces se consideran “El Dorado de la impresión 3D” debido a los desafíos y las recompensas potenciales de poder imprimirlos. Se imprimen utilizando el actual sistema ActiveMix® de la compañía, en una máquina que la empresa está llamando el ActiveLab®.

En este enfoque, el cabezal de extrusión utiliza un complejo sistema de bombeo para permitir el control programable de la composición, geometría y propiedades mecánicas de las características impresas en la parte superior, así como otras formas 3D, como suelas y medias suelas.

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El resultado es que Voxel8 puede imprimir patrones 3D de poliuretano en cualquier superficie. A través de la integración de la tecnología de inyección de tinta, puede además insertar imágenes y patrones únicos de color entre las capas, para una mayor personalización.

El sistema ActiveLab®, que ya está disponible en el mercado, está diseñado para prototipos y tiradas cortas, con coloración realizada en una máquina separada. Aun así, el proceso agrega varios grados de automatización a un enfoque tradicional que de otra manera requiere mucha mano de obra. Además, el próximo sistema de producción ActivePro® podrá integrar y automatizar aún más ambos procesos.

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“Nuestra visión es abordar una de las áreas de producción de calzado más intensa en mano de obra, que es la parte superior“, explica Minardi. “Varias empresas se han centrado en las suelas y medias suelas, que tradicionalmente se moldean por inyección. La parte superior o empeine está tradicionalmente hecha de una variedad de materiales, incluyendo diferentes tipos de textiles y plásticos con diferentes propiedades. Nuestra tecnología permite la personalización masiva de las partes superiores a través de un proceso altamente automatizado que acercará el diseño digital y la fabricación al cliente”.

Desatando los lazos de la fabricación tradicional

Hay dos empresas en el mundo que pudieron llevar al mercado una impresora electrónica 3D. Una es Nano Dimension y la otra es Voxel8. Ambas compañías abandonaron su primer diseño, algo “orientado al consumidor”, para crear un sistema más industrial con aplicaciones más prácticas a corto plazo. El sistema Pro de Nano Dimension sigue centrado en la electrónica, mientras que Voxel8 se aventuró en la nueva área de sistemas de fabricación digital de calzado.

Para ambas compañías, los sistemas actualmente disponibles están diseñados como un paso intermedio hacia los dispositivos orientados a la producción en gran escala. Los sistemas de fabricación digital de Voxel8 están diseñados para acortar drásticamente los ciclos de diseño y producción. Esto tanto para lanzamientos personalizados como, en un futuro, para series de producción en gran escala.

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Aprovechando el respaldo multimillonario de Braemar Energy Ventures y ARCH Venture Partners, Voxel8 cuenta hoy en día con 15 ingenieros y 39 patentes disponibles en torno a este proceso. “Nos acercamos a la fabricación de calzado a nivel de prototipos y creatividad”, dice Minardi.

“Actualmente, a un diseñador le lleva entre 12 y 18 meses obtener la primera versión de un nuevo producto para el mercado. Una de las razones es que, mientras que para la mayoría de las empresas la etapa de diseño tiene lugar en los Estados Unidos, la fabricación tiene lugar en Asia. El proceso de fabricación tradicional requiere costosas herramientas y corte de moldes. Es muy laborioso, con hasta 100 pares de manos tocando cada zapato. Lo que estamos haciendo es automatizar todo lo posible, comenzando con la sección superior del calzado. Esto nos permite reducir los requisitos de tiempo de 12-18 meses a 2 -4 semanas en la entrega del producto final”.

Zapatos Voxel8 totalmente digitales

El sistema de fabricación digital Voxel8 no requiere herramientas. Esto se traduce en menores costos de configuración y una aceleración considerable en el tiempo de comercialización. “Podemos hacer logotipos, texto y otras características estéticas. Además de otras características funcionales como refuerzos o contrafuertes del talón sin herramientas”, dice Minardi. “Además de reproducir los procesos tradicionales a costos más bajos, podemos también producir empeines que actualmente no se pueden fabricar.

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“Por ejemplo, podemos variar la rigidez y la viscosidad según el área a medida que depositamos el material. Al regular digitalmente la composición y las propiedades mecánicas de nuestros materiales de poliuretano, permitimos proporcionar el soporte exacto que necesita, justo donde lo necesita. Además de eso, usamos el cabezal de inyección de tinta para una total coloración entre las capas de poliuretano transparentes. Esto nos permite utilizar la firmeza, resistencia a la abrasión y durabilidad de los elastómeros de poliuretano de grado industrial, con la capacidad de alta resolución a todo color de la tecnología de inyección de tinta”.

En esta primera fase, Voxel8 está llegando al mercado con el sistema ActiveLab®. Este integra el cabezal de impresión, el software y las formulaciones de materiales patentados. El sistema actual es rentable en tiradas personalizadas de 30 a 50 pares diarios. Algo que los fabricantes están actualmente empezando a ofrecer. El sistema ActivePro®, no obstante, podría producir hasta 500 000 pares anuales. Esto a costos competitivos o mejores que los tradicionales procesos de fabricación asiáticos.

Remontando la cuesta

Los materiales textiles vienen en una variedad de formas, incluyendo rollos, tejidos planos y mallas de ingeniería. El sistema de producción será modular para acomodar todo esto. Tendrá una serie de cabezales de impresión que depositen la primera capa de poliuretano con propiedades del material sintonizado por zonas. Luego un cabezal de inyección de tinta aplicará el color antes de que otra matriz de cabezales de extrusión imprima la segunda capa.

La siguiente etapa es un horno de curado integrado, que curará los materiales en minutos. La etapa final, un cortador láser para cortar la forma del empeine. Todo lo que el operador debe hacer es cargar el rollo de material textil y los componentes de poliuretano. En pocos minutos saldrá un empeine completo y personalizado. Además de mantener el costo competitivo, el sistema ActivePro® permitirá la fabricación masiva personalizada a escala, permitiendo lotes individuales.

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“Lo mejor de todo es que no se puede notar que el zapato está impreso en 3D”, dice Minardi. De hecho, el poliuretano sale perfectamente liso, sin líneas entre capas. “Podemos trabajar con prácticamente cualquier tipo de tela”, continúa Minardi. “Actualmente los tejidos son muy populares, pero nuestro sistema aplica el poliuretano a casi cualquier tipo de tela y atuendo”.

Una de las principales marcas de calzado ya realizó un pedido para el sistema ActiveLab® por lo que el proceso está en marcha. El sistema ActivePro® de gran formato es más similar, externamente, a las impresoras digitales 2D que a una impresora 3D. Implementa tecnología de extrusión de materiales mientras se enfoca en el producto final, en lugar de en el proceso mismo. Este enfoque podría ser el éxito clave para Voxel8 al finalmente reducir la brecha entre la impresión 3D y los usuarios finales.

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