如何用 3D 打印一双顶级跑鞋|回形针

马拉松赛场上的跑鞋五光十色,除了美观之外,它们还有一个重要作用:保护运动员不受伤害。

跑步时,从脚碰到地面开始会受到地面的反作用力。从着陆的减速到随着脚步推蹬过程的加速,这一过程中脚和地面的压力会达到两个峰值:Fz1 和 Fz2 。这两个峰值分别对应落地过程和蹬地过程。
跑速 3m/s 时 Fz1 为 1.6 倍体重,Fz2 为 2.5 倍体重,当跑速提高到 5m/s 时,这两个数值会增大到 2.3 倍和 2.8 倍。当一个 75 公斤体重的成年人以 5m/s 奔跑时,每一步都会让鞋底承受 210 公斤的压力。

对于跑鞋来说,鞋底由大底、中底、和通常由鞋垫充当的内底组成,其中负责吸收这些强烈冲击的中坚力量是中底。
传统的中底材料多是 EVA ——乙烯树脂醋酸纤维这类发泡塑料,在冷压模具中放好坯料之后加温加热,模具中的材料就会膨胀起来充满模具内部,利用膨胀产生的微小空气囊,在冲击时变形吸收力量。
但每一次冲击都会使部分气囊破裂,丧失减震能力。一般来说,跑鞋寿命在 500 – 1000 公里之间,但正常穿着 400 – 800 公里后,减震效果就已经不足最初的 60% 。
2016 年 adidas 申请了这样一份专利:在这份专利中 adidas 将使用一系列的单元结构组成的镂空中底代替传统EVA中底。
为了完成复杂的结构设计,优化中底的缓冲、稳定性和回馈力量。adidas 对运动员进行了运动和生理数据采集。
收集这些数据运用了压力板、足部扫描仪、Run Genie 步态追踪传感器和 ARAMIS 。其中最重要的是被 NASA 用于分析火箭发动机喷口运行状态的 ARAMIS 系统。
ARAMIS 由两台高速摄影机组成,拍摄的画面首先通过精确的数学模型校正,消除传感器、摄影机角度和镜头畸变的影响,再通过算法将拍摄的画面转为高精度三维坐标。
通过分析三维坐标,就能确定鞋底的表面位移、应变、加速度和速度。

工程师根据这些数据提供的鞋底各处的受力情况,依据力的大小再构建不同粗细的镂空支撑单元就完成了中底的拓扑优化。
然而不论是注塑还是模内膨胀都很难制造出这样一个镂空结构的部件,唯一的方法,是采用 3D 打印。
常用的弹性材料 3D 打印技术是 SLS 激光烧结技术:每次均匀地铺上一层打印材料粉末然后用激光将构成零件的部分烧结。这项技术有两个缺点,切片分层打印内部结构并不连续而且很难得到光滑的表面。
最终,硅谷的 3D 打印公司 Carbon 使用的 SLA 光固化技术。SLA 技术下的数字合成打印产品内部结构与注塑类似,是一个连续的无分层结构,并具有物理、化学性质不会因方向产生变化的特性。
在打印时,打印平板会浸入原料槽中与原料槽底板窗口保持约半个头发丝的距离,这个区域被 Carbon 称为“死区”,机器底部的光学引擎会发射对应层切片的图案将打印平面与原料槽底板间的光固化树脂初步固化,随着打印过程打印平面不断抬高并在这个区域进行固化并保持连续液体界面。
完成打印后,初步固化的产品并不是最终成品,它们会被送入烤炉进行加热,加热过程中内部发生化学反应会再次固化。经过二次固化的产品可以越过原型阶段直接满足最终产品级的性能需求。
Carbon 的数字光学合成技术最高比其他 3D 打印技术快 100 倍,只要 35 分钟就能制造出一片 4D 中底,也正因如此,采用 4D 中底的ALPHAEDGE 4D SPACE RACE才能成功量产。
在下面这支视频中,你就可以看到,“当运动遇见硅谷”如何让 4D 科技得以诞生。
不仅如此,拥有 4D 中底的ALPHAEDGE 4D SPACE RACE跑鞋更是拥有 Continental 马牌橡胶大底。并加入了含有反光材料的 FORGEFIBER 超轻编织鞋面,以蓝紫色的星空图案点缀经典黑色鞋面。
为了配合科技感与未来感十足的 4D 开放式矩阵网格中底,中足与足跟处还加入了运用渐变幻彩的 TPU 贴片,十足亮眼。
新款 ALPHAEDGE 4D SPACE RACE 系列鞋款已于阿迪达斯天猫旗舰店、官方商城同步限量发售。2019 年 12 月 15 日起线下店铺限量发售。
扫描下方小程序码,进入商城,只要 2499 元,就能将以上全部尖端科技穿在脚上,一脚踏入璀璨星空。

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