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几年前,知乎上看过一个不太热门的问题,问起“4D打印”到底是什么。对于这个陌生的名词,很多人觉得,它不过是个炒作的概念。
实际上,4D打印是在3D打印的基础之上,又增加了一个维度。
所谓3D打印,其实更科学的叫法是“增材制造”,这是对应于“减材制造”的一种工业加工方法。减材制造就好比是从一块石头中刻出印章,把不需要的部位削减;而增材制造采取的办法像是捏泥人,需要什么就补上什么。由于通常的增材制造像打印一样,一层层地堆砌材料,故而才有了“3D打印”的称呼,从2D的纸张变成了3D的物品。
如果说2D到3D,增加的还是尺寸方面的维度,在长和宽的基础之上又增加了高度,那么从3D到4D,就不只是空间的维度了,而是融入了更多的变化。
最常见的4D打印概念,就是在3D的基础之上,增加了时间轴,也就是说打印出来的实物,会随着时间的变化而变化。不过,这一概念仍然有些局限。我所在的实验室因为从事智能材料研究,具体来说是多重响应的高分子材料,故而也参与了多维打印的项目研究。简单来说,4D相比于3D,其实是增加了一个智能变化的维度,这个影响因素,除了时间维度,还可以是机械力、电流、磁力、温度、酸碱度等等。所以,4D打印的根本任务是实现制造材料的智能化。
那么4D打印用在何处呢?很容易想到的一点,就是医学领域。众所周知,个性化的人造器官很适合采用3D打印技术制造,但是人体内的实际环境和制造时的环境不同,形态也会发生变化,所以要想打印出来的产品在体内还能发挥作用,这就需要融入4D打印的技术。
不过,令人吃惊的是,最近阿迪达斯居然率先在ALPHAEDGE 4D跑鞋上运用了4D打印技术。如果要解释什么叫“颠覆”,我觉得这是非常合适的商业案例,因为目前为止还看不到增材制造在制鞋业领域的标准,一旦出现了真实可靠的产品,对整个行业而言,无疑是一场颠覆效应。
吃惊之余,似乎这又是情理之中。
跑鞋是一类非常特殊的商品——不妨回忆一下,我们那些年曾经穿过的跑鞋,都有哪些令人不爽的问题?
最经常被谈起的问题之一就是:鞋不合脚。甚至在我们的成语都对此有体现,像什么“削足适履”“郑人买履”,都与不合脚的鞋有关。
每个人的脚都不一样,在刑警眼中,脚印甚至和指纹一样,能够成为追踪嫌疑人的独特印记。然而,量产的鞋却忽略了这些区别,鞋型差不太多,就连尺寸也是量子态的,经常会出现大一号太松、小一号太紧的问题。
这也就促成了3D打印鞋具的兴起,因为3D打印可以最大程度实现个性化,无论多少见的脚型,都可以找到最合适的鞋。
而且,3D打印还有一个突出的优势,那就是擅长打印镂空结构。如果是常规的减材制造,要想雕出空心结构,显然不太容易,但是采用增材制造,却是手到擒来。对于跑鞋而言,这是非常必要的性能,因为中空结构,可以减轻鞋的重量,并且增加弹性。
前面提到的阿迪达斯跑鞋,可以看到其鞋底,就有这样的镂空结构,被称为矩阵结构。
但是,仅仅如此还不够。很多时候,我们穿的鞋,虽然大小合适,但还是会磨脚,这对于跑鞋而言更是必须要考虑的问题。
磨脚的主要原因在于,当我们的脚部运动之时,有些部位就会发力,如果鞋具没有对应的形变,必然就会产生较大的摩擦力。但是,脚的发力点并不均匀,足底肯定比足弓的作用力更强,所以,把鞋底整体做得很软,跟泡沫沙滩鞋一样,也不利于运动。。
换句话说,跑鞋是一个动态的产品,它的形变特征必须根据实际的运动姿势做出调整,用科学术语来说,就是对机械力做出形变的响应,这就需要4D打印技术的运用了。
那么,到底怎么才能实现这个过程呢?
不知道还有多少人记得三年前,刷爆网络的3D打印埃菲尔铁塔?
那个3D打印视频中显示,在一大桶蓝色的液体中,利用“连续液体界面提取技术”,就可以在几秒钟的时间里,从桶中提出一尊埃菲尔铁塔模型,一件代发货源佛这个模型原本就存在于液体中一样。
实际当然不是什么障眼法,只是在制作的时候,通过软件将相关程序输入到打印机中,提取的时候,利用紫外光固化技术,就可以在界面上将液体转化为固体。
所谓的“紫外光固化”技术,简单说,就是在液体中加入了对紫外光敏感的物质。遇到紫外光后,它们会被激发,并促成液体的分子之间发生反应,从较小的分子连接成更大的分子,这样就从液体变成了固体。
而在阿迪达斯ALPHAEDGE 4D中,正是采用的这一技术,它不只是可以实现快速制造,更是将聚氨酯材料“打印”成了鞋底。
这并不是简单的聚氨酯,除了具有光固化的特点以外,它还具有很智能的变形效果,也就是实现4D打印的目标,根据人体的运动,实现不同幅度的变形。
这个黑科技的背后自然不是魔法,而是严谨的研究。在设计这款鞋时,阿迪达斯收集并分析了大量运动员的数据,借助于这些数据,可以确定在鞋底的不同部位,分别应该出现多大形变,赋予多少弹力,或是反馈多少压力。更具体来看,阿迪达斯ALPHAEDGE 4D鞋跟的网络更为开放,可以分散冲击力,而充不相对密集,主要是为了确保稳定性,至于前掌的发力部位,则是提供推力的高密度结构。巧的是,数据的英语是Data,这也让4D打印多出的1D有了更深层的内涵。
除了在鞋的中底运用4D打印技术以外,阿迪达斯这款鞋还有其他方面做出了突出改进。比如,袜套式鞋面,更有贴合感,还有橡胶大底,抓地力更强。特别值得一提的是足跟的TPU材料,这是有利于横向运动的一种材料。最近这些年TPU材料很流行,但是知道它是啥的人却寥寥无几。它的全称是热塑性聚氨酯弹性体,在成型之后,它同时具有塑料的硬度和橡胶的弹性,因而被广泛使用。
当然了,所有这些还都是建立在材料科学上的纸上谈兵,究竟是骡子是马,还得拉出来溜溜。
在撰写期间,我也非常荣幸地拿到了样品,可以亲身体验一下穿起来的效果。
用某知名开箱网红的话来说,就是——awesome!
从实际体验来看,这款鞋穿的时候比较紧,一向喜欢不松鞋带直接把脚挤进鞋的我,这次却失败了。不过,穿进去之后,依然比较紧,能感觉到每个部位都和鞋接触了,但是并没有压迫感,显然,这是因为考虑了人体工学,特意这么设计,这样的话,运动过程中也就不会脱落了。
尽管紧致,但是鞋体并不热,毕竟表面全是透气的纤维材质,可以理解。
静态的意义不大,主要对比的感觉,还是动起来之后的效果。不管是跑还是跳,每一次着地的时候,鞋底的变形程度都很适中。其实,只是用手捏一捏镂空部分的材料就能感觉出来,弹力曲线有别于通常的橡胶。一般来说,形变越大,材料带来的反作用力也会越大,由此会造成强烈的紧绷感,但是在这款鞋中,并不是这样,反馈的力度和形变的关系不大。
不难看出,一只手指就可以扣住鞋底,弯曲鞋尖部位超过90度。脚的承受力比手指大得多,所以,不管刻意地以什么角度去造成鞋的变形,脚部都不会因此感到不舒服。放手之后,可以瞬间回弹,具有形状记忆的特征。从这个角度来说,这样的设计应该也可以起到保护运动,防止脚踝等关节受伤害。
你说这么好的鞋哪儿买?看了一下,5月28日,阿迪达斯官方微信账号开启预售通道,两个限定款预售,目前市场反应强烈,估计又是“一鞋难求”的景象。
不过,6月1日起,两款限量配色以及两款白绿和黑绿的常规配色都已经陆续发售了,大家可以去阿迪达斯网站、天猫旗舰店看看。
阿迪达斯Alphaedge跑鞋4D打印技术,帮我们记录着每个人独一无二的“脚步记忆”。当科技与我们的生活紧密相关时,一点一滴的改变都可以是“颠覆”之举,引领着未来潮流趋势。
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