全彩3D打印技術在時尚運動鞋鞋眼片中的創(chuàng)新應用探究

摘要：目的：文章著重探討全彩3D打印技術在時尚運動鞋鞋眼片中的創(chuàng)新應用。通過工藝類實驗思考全彩3D打印技術能否簡化傳統(tǒng)工藝中多個制作步驟，在鞋眼片制作工藝中應用全彩3D打印技術是否具有可行性，并總結出全彩3D打印技術在運動鞋創(chuàng)新應用中的可行方案。方法：通過查閱相關文獻，概述全彩3D打印技術，針對打印單元的形態(tài)、所結合的織物進行多次試驗，嘗試通過全彩3D打印技術打印鞋部件，并總結出將全彩3D打印技術應用于時尚運動鞋設計制作中的可行方案。結果：全彩3D打印技術在時尚運動鞋設計制作中具有一定的可行性，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，為時尚運動鞋市場注入新的活力。結論：通過適用織物基材篩選實驗，得出適用織物基材需要滿足以下要求：具有一定的吸水性，表層粗糙且具有穩(wěn)固性。確認織物基材實驗可得結果：厚度在0.7 mm、1 mm～4 mm的鞋眼片與織物基材結合的效果較好。由鞋眼孔拔出強度可得結果：棉網(wǎng)織布的鞋眼孔拔出強度最高，麂皮的鞋眼孔拔出強度最低。

關鍵詞：全彩3D打印技術；時尚運動鞋；鞋眼片；創(chuàng)新應用

中圖分類號：TP391.73；TS943.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）16-0-03

0 引言

如今，3D打印技術日趨成熟，被廣泛應用于鞋類設計與制作中。本文提及的全彩3D打印技術，屬于3D打印技術中的光固化打印，其應用創(chuàng)新點除豐富的裝飾效果和色彩效果之外，還有可以直接將3D模型打印在面料上的技術特殊性。全彩3D打印技術能夠滿足市場對獨特、個性化產(chǎn)品的需求，能夠實現(xiàn)復雜的結構，同時縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1 全彩3D打印技術在時尚運動鞋設計與生產(chǎn)中的應用

1.1 全彩3D打印技術的工作原理與技術創(chuàng)新性

全彩3D打印技術的工作原理是把光敏聚合材料噴射到工作臺上，再用滾輪把噴射的樹脂表面處理平整，最后用UV紫外燈對光敏聚合材料進行固化。本文涉及的打印設備J850Prime是Stratasys公司推出的一款高端3D打印機。相較于傳統(tǒng)的3D打印技術，全彩3D打印技術能夠精準控制色彩，通過建模軟件使設計構想初步成型，再通過J850Prime打印在織物上，打印單元能夠呈現(xiàn)實心效果、冰透效果、單色效果以及變色效果，極大地拓展了設計的可能性和視覺豐富性。

1.2 全彩3D打印技術在運動鞋設計與生產(chǎn)中的應用表現(xiàn)

目前，全彩3D打印技術在運動鞋設計領域處于初步嘗試階段，現(xiàn)有應用嘗試多為裝飾設計。Laika工作室出品的新片Missing Link于2019年4月在美國正式上映，Laika的合作伙伴Nike為此打造了一款Missing Link×Nike Air Max Susan。這款以Air Max1為藍本設計的鞋，通過全彩3D打印技術解決方案，幫助完成鞋款的快速原型設計，實現(xiàn)鞋面的質感模擬，并成為首款商業(yè)化發(fā)布的鞋履。2023年，麥昆品牌利用全彩3D打印技術，對鞋后跟部件進行色彩裝飾設計，并打印Logo。

總部位于英國的AM咨詢公司Reeves Insight與全球領先的AM技術公司Stratasys、奢侈時尚品牌工程和生產(chǎn)公司Pattern Group及其子公司Dyloan Bond Factory對從傳統(tǒng)制作工藝到3D打印技術的過渡進行了研究分析，對8000雙鞋和16 000個標志組件進行了評估，通過全彩3D打印技術將圖形元素應用在鞋的后跟部位，并將由傳統(tǒng)制作方法制作的組件和由全彩3D打印技術制作的組件進行對比。除生產(chǎn)流程大幅簡化之外，全彩3D打印技術還能減少水資源、電力的消耗，減少二氧化碳的排放量，用該技術打印的產(chǎn)品重量較輕。該研究表明全彩3D打印技術在鞋類工藝生產(chǎn)領域大有可為。

1.3 全彩3D打印技術與其他3D打印技術的優(yōu)劣勢比較

在鞋類設計中，可利用3D打印技術，采用不同的打印工藝和材料，快速形成傳統(tǒng)工藝很難塑造的復雜結構和造型，為塑造正裝、運動、時尚、休閑等不同風格的鞋類提供創(chuàng)新表現(xiàn)方式的參考［1］。

3D打印技術工藝多樣，根據(jù)打印方法和原理，主要分為激光式3D打印和噴墨式3D打印。激光式3D打印主要包括SLS（選擇性激光燒結技術）、SLM（選擇性激光溶化技術）、SLA（光固化工藝）、LOM（分層實體技術）。噴墨式3D打印主要包括FDM（熔融沉積技術）、3DP（噴墨粘粉技術）。各類3D打印技術優(yōu)劣勢明顯：SLA精度高，適合制作鞋飾，但打印材料較為均一；3DP和SLS可實現(xiàn)復雜模型的制作，但表面精度低；全彩3D打印技術的優(yōu)勢在于精度高、打印材料多樣，適合精細打印，缺點在于成本較高，因與織物結合的牢固度問題導致適用面料受限。

1.4 全彩3D打印技術在時尚運動鞋設計與生產(chǎn)中的應用前景

全彩3D打印屬于SLA（光固化打印）的一種，傳統(tǒng)光固化打印技術通過激光照射固化光敏樹脂材料，可以制作五金配件、鞋飾、鞋跟等模型。但材料較為單一，全彩3D打印可以滿足多種材料的打印。目前，全彩3D打印技術的應用多體現(xiàn)在鞋面裝飾設計上，雖然其在生產(chǎn)制作方面的應用較少，但已有研究表明其制作的鞋徽標組件具有簡化工序、減少耗損的優(yōu)勢，證明其在生產(chǎn)制作方面的可行性。隨著技術的不斷優(yōu)化，同時結合目前3D打印技術在實踐應用方面的經(jīng)驗，全彩3D打印技術將兼顧裝飾性和實用性，在設計與生產(chǎn)方面有更多創(chuàng)新性應用出現(xiàn)。

2 全彩3D打印技術在時尚運動鞋生產(chǎn)中的創(chuàng)新應用實驗

2.1 適用織物基材篩選實驗

一般情況下，幫面上通常使用紡織材料（包括棉、腈綸、丙綸、氨綸、無紡布、復合網(wǎng)布）、網(wǎng)眼布、皮革（天然皮革、人造皮草、PU、牛巴、超細纖維等）、合成材料、PVC、橡膠塑料等材料［2］。適用織物基材篩選實驗，選擇常用的3類運動鞋幫面材料——網(wǎng)布類、革類、紡織類，共計24種測試樣，通過全彩3D打印技術將柱狀模型打印在測試樣上，并進行剝離測試，若人為剝離過程中柱狀模型沒有脫落，則視為合格。

2.2 適用鞋眼片性能篩選實驗

2.2.1 時尚運動鞋部件說明

時尚運動鞋中的主要鞋部件有鞋眼片、前片、后片、側飾片。鞋眼片前后端分別位于口門位置和腳山位置，配合鞋帶使用，具有實用性。鞋眼片位于視覺中心點，大部分時尚運動鞋的裝飾集中在鞋眼片位置。裝飾方式包括鞋花配飾、鞋帶設計、DIY、鞋眼片的造型和色彩設計等。全彩3D打印技術在工藝生產(chǎn)方面的應用較少，鞋眼片不僅具有裝飾功能，還具有實用功能，選擇鞋眼片作為測試部件，其結果更具有代表性和參考意義。

2.2.2 傳統(tǒng)鞋眼片制作工藝

根據(jù)工藝流程，將傳統(tǒng)鞋眼片制作工藝分為滴塑成型工藝、橡塑片/硅膠片、空壓工藝、熱壓工藝、射出工藝、熔斷工藝、熱切工藝。傳統(tǒng)鞋眼片的制作工藝都需要經(jīng)歷開模環(huán)節(jié)，部分工藝需要針車固定，也有部分工藝可以直接將部件固定在底基材料上，如KPU射出工藝。

2.2.3 適用鞋眼片厚度實驗

適用鞋眼片厚度實驗選擇單孔鞋眼片，測試可回收材質、硬樹脂2種打印原料的10種模型厚度，待測試厚度為0.1 mm～0.5 mm、0.7 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm，因為技術特性要求，打印模型需要有垂直受力點，因此打印模型有上窄下寬和上下等寬兩種形態(tài)。共計26次實驗測試。

適用鞋眼片厚度實驗的目的在于篩選出不同打印原料的適用鞋眼片厚度。通過測試可知數(shù)據(jù)，厚度為0.7 mm、1 mm、3 mm（上下等寬）、4 mm（上下等寬）、4 mm（上窄下寬）的可回收材質的鞋眼片和厚度為2 mm（上下等寬）的硬樹脂材質鞋眼片適合進行后續(xù)實驗。

2.2.4 確認織物基材實驗

確認織物基材實驗，將棉織網(wǎng)布、牛仔布、麂皮作為適用織物基材，測試可回收材質、硬樹脂2種打印原料的5種模型厚度，共計36次實驗測試。將單孔鞋眼片的3D打印模型通過全彩3D打印技術分別打印在適用織物上，并進行韌性測試。若在人為對折實驗中，單孔鞋眼片沒有發(fā)生斷裂，則視為合格。

確認織物基材實驗的目的在于確認不同特性的適用織物的適用模型厚度。通過測試可知數(shù)據(jù)，棉織網(wǎng)布適合與厚度為0.7 mm、1 mm、3 mm（上下等寬）、4 mm（上下等寬）的可回收材質的鞋眼片結合，牛仔布適合與4 mm（上下等寬）的可回收材質的鞋眼片結合，麂皮適合與厚度為0.7 mm、3 mm的可回收材質的鞋眼片、厚度為2 mm的硬樹脂的鞋眼片結合。

2.3 鞋眼孔拔出強度實驗

用通過確認織物基材實驗的鞋眼片進行鞋眼孔拔出強度實驗，共計9次實驗測試。鞋眼孔拔出強度測試方法參考中華人民共和國化工行業(yè)標準HG/T 4997-2016鞋眼拔出力試驗方法B。

3 全彩3D打印技術在時尚運動鞋制作中的創(chuàng)新應用實驗結論

3.1 適用織物基材篩選實驗研究結論

適用織物基材篩選實驗選取了常用的3類運動鞋幫面材料，初步篩選出可以與全彩3D打印技術相結合的織物基材。

通過網(wǎng)布類實驗測試可以得出結論：網(wǎng)孔過大會導致打印單元的受力面積過小，從而影響單元的穩(wěn)固性；網(wǎng)布層的牢固度也會影響打印單元的穩(wěn)固度。如果選擇網(wǎng)布作為織物進行打印，則網(wǎng)布孔不易過大，表層要有紋路、不易脫落且具有一定的吸水性。在革類測試過程中，通過實驗測試可以得出結論：粒面革表層光滑，光面革表層有油膜覆蓋，打印單元的牢固度低；絨面革表層無油膜覆蓋，但部分絨面革表層掉碎屑、易脫落，可能導致打印單元的牢固度受到影響。如果選擇革類作為織物進行打印，革類表層不能有油膜覆蓋，表層要求有紋路、不易脫落且具有一定的吸水性。在紡織類測試過程中，通過實驗測試可以得出結論：合成纖維面料色彩豐富，黑色或深色的合成纖維可能影響打印單元的牢固度；彈力布易發(fā)生形變，打印單元的牢固度會因此受到影響。如果選擇紡織類作為織物進行打印，需要注意選擇織物的顏色以及織物的抗撕拉強度。

綜上所述，雖然每類織物特性都有一定的差異，但適用織物基材都需要滿足具有吸水性、表層具有粗糙度、表層具有牢固度這三點要求。

3.2 適用鞋眼片性能篩選實驗研究結論

通過適用鞋眼片性能篩選實驗測試得出結論：

按厚度劃分，3 mm～4 mm的厚度成功率較高，測試結果較為穩(wěn)定；按硬度劃分，可回收材質質軟，韌性好，相較于硬樹脂，成功率較高，測試結果較為穩(wěn)定。在確認織物基材實驗過程中，麂皮成功率最高，可結合的模型厚度較多，棉織網(wǎng)布和牛仔布次之。按織物特性劃分，吸水性較好的織物，如棉織網(wǎng)布和牛仔布，打印模型厚度不宜過薄，過薄會導致打印單元表面不平整或難以成型、打印模型韌性變差等問題。

3.3 鞋眼片拔出強度實驗結論

在棉網(wǎng)織布、麂皮、牛仔布3種織物基材測試鞋眼片拔出強度實驗過程中，棉織網(wǎng)布的鞋眼拔出強度最高，麂皮的鞋眼拔出強度最低。若想提升鞋眼孔的拔出強度，可以選擇抗撕拉強度高的織物，或將適用織物與抗撕拉強度高的織物結合使用。

4 全彩3D打印技術應用優(yōu)勢

當前，時尚個性化已成為年輕消費者的普遍追求。休閑時尚化已成為人們追求的生活方式，功能時尚化將高科技融入人們的日常生活［3］。近年來，新技術和新材料的逐漸成熟打破了傳統(tǒng)制鞋模式，眾多運動裝備品牌嘗試運用新技術為產(chǎn)品注入活力和創(chuàng)造力［4］，運用高科技材料賦予鞋靴全新的功能與理念［5］。全彩3D打印技術解決了傳統(tǒng)打印技術色彩單一、材料均一的問題，可以滿足打印色彩和材料的多樣性需求。

目前，傳統(tǒng)鞋眼片制作工藝都需要經(jīng)過開模環(huán)節(jié)才能制成鞋眼片，部分制作工藝，如射出工藝，雖然可以直接將部件固定在底基材料上，但仍需要針車進行固定。選擇用全彩3D打印技術打印鞋眼片，是希望以其能夠直接將模型打印在面料上的技術特性，達到簡化生產(chǎn)工藝流程的目的。

5 結語

分析可知，全彩3D打印技術為設計制作提供了更多的可能，在制鞋工藝中的應用有很大的發(fā)展空間，將逐步成為推動行業(yè)創(chuàng)新的重要力量。

參考文獻：

［1］ 劉科江. 3D打印技術在鞋類設計與制作中的應用及趨勢研究［J］.皮革科學與工程，2021，31（4）：74-78.

［2］ 楊九瑞.運動鞋幫面材料選擇與運動鞋設計研究［J］.西部皮革，2023，45（17）：27-29.

［3］ 袁燕，周莉英.論運動鞋的時尚創(chuàng)意化設計［J］.商場現(xiàn)代化，2010（4）：39.

［4］ 景梓軻，田野.應用生物力學的運動鞋設計探析［J］.中國皮革，2024，53（9）：72-77，81.

［5］ 李運河.鞋文化、鞋藝術與鞋設計［J］.中國皮革，2005（10）：127-131.

基金項目：本論文為2024年度北京服裝學院研究生科研創(chuàng)新項目“光固化3D打印技術在鞋靴設計中的創(chuàng)新應用”研究成果，項目編號：NHFZ20240157

作者簡介：王茹琰 （1999—） ，女，研究方向：鞋靴創(chuàng)意設計；李雪梅 （1970—） ，女，教授，研究方向：箱包鞋品服飾品創(chuàng)意設計。