3D打印优势及应用实例分析

3D 打印相比传统鞋模制造具有显著的优势。

1. 依托智能化生产，3D 打印制模流程更短、速度更快

相较于传统鞋模制造，3D 打印的智能化程度更高并且制模流程更短。长期以来，制鞋业一直是复杂的劳动密集型行业。以鞋模制造为例：一方面，传统鞋模制造流程成本高、周期长，需要经历 CNC 加工、硅胶模、石膏模、铸造金属模、化学腐蚀咬花、涂层等多道工艺步骤；另一方面，传统鞋模制造对于人工的依赖程度较高，鞋模制造技艺往往依靠经验积累和师徒传承，由于标准化程度较低，经验丰富的鞋模师傅在制模过程中通常效率更高、产品质量更好，但相应地经验丰富的鞋模师傅往往人力成本更高且数量更少。而3D 打印的智能化程度更高、制模流程更短，其对人工的依赖程度比较低，并且能逐步将制鞋工艺的相关经验量化为标准化的工艺参数，对于制鞋一致性及生产效率提升具有重要意义。以金属3D打印（SLM）为例，该技术可以直接成型带有花纹结构的鞋模，免去木模、铸造、咬花等多个工序，从而实现更快的产品交付。

得益于流程缩短，3D 打印鞋模的速度显著快于传统鞋模制造，极大地降低了改样成本、提高了改样效率。根据容智三维数据，传统鞋模制造大部分工序耗时0.5-2 天，但由于工序繁多，整个的开模周期大致在 15-20 天；如若模具尚未定型，还处于打样、改样阶段，则整个的制模周期还会更长。因此，传统鞋模制造一般会要求产品设计阶段更加审慎、反复验证，尽量避免耗费额外的人力和物力。而 3D 打印省去了木模、铸造、精修、咬花等多个工序，按照打印环节耗时 1-2 天进行估算，整个的开模周期大致在 6-7 天；如若模具尚未定型，还处于打样、改样阶段，则可以直接进行线上修改和仿真模拟，改样阶段耗时更短且无需进行大规模的人力、物力投入。

通过优化设计，3D 打印能够实现减重降本及产品性能改善

相较于传统鞋模制造，3D 打印可以通过特殊结构设计实现减重降本及产品性能改善。在传统鞋模制造过程中，金属模具铸造需要经历高温熔化、液体浇注、冷却后清理打磨等工序，金属材料由固态到液态再到固态的物理变化过程中很难进行复杂的结构设计，因而最终的鞋模产品通常质量较大。而 3D 打印在结构设计上可选择的空间比较大：第一，3D打印可以做到复刻传统鞋模，即不对模具本身进行结构设计，层层铺设粉末然后层层烧结压实，其质量应与传统工艺铸造的鞋模接近。第二，3D 打印可以在打印前对模具本身进行复杂设计（如蜂窝状结构、晶格状结构等），相较于实心结构的模具，其质量更小、使用的材料更少、打印速度更快。以汉邦科技鞋模制造 3.0 为例，其生产环节包括鞋模抽壳、多层厚切片、蜂窝减重三步，优势主要体现在：①优化打印方式提升效率。通过鞋模抽壳与蜂窝减重，配合HBD350金属增材制造装备混合层厚打印方案可提升鞋模打印效率，降低打印成本，鞋模切割变形量可控制0.4mm 以内。②满足各种鞋模生产需求。使用小层厚 30um 和精细参数打印花纹，使用大层厚和高速参数打印鞋模实体部分，既保证表面花纹的成型精度的同时提升打印效率。③缩短打印时间提升效益。采用上述打印方式对比于常规打印方式时间缩短三分之一，可以提高效益。第三，3D 打印可以在鞋模内部集成随行水路，在减少鞋模材料用量的同时实现水路与模具表面的紧密贴合，配合外接的急冷装置有望实现加速冷却，提升整体的生产效率。第四，3D打印可以制造无孔透气鞋模，将打印实体面制作成疏松不致密的组织结构，在减少鞋模材料用量的同时实现透气与防堵的完美融合，保障产品在生产过程中的充分发泡效果和材料的填充效果。

基于数字化应用，3D 打印可使鞋模咬花更加精确和环保

相较于传统鞋模制造，3D 打印可以实现咬花一次性成型，鞋模制造过程更加精确和环保。鞋底咬花即在鞋底表面添加凹凸的纹理，用以增强鞋底的摩擦力和美观度。在传统的鞋模铸造过程中，咬花一般位于铸造金属模具工序之后，常通过酸腐蚀的方式来在金属模具上呈现凹凸纹理，除咬花的一致性无法得到有效保障以外，传统鞋模厂通常还面临严重的大气、水、土壤污染等问题。以泉州洛江佳鑫模具有限公司年加工鞋模具 3000 付项目为例，该项目为2019年新建项目，项目总投资 150 万元，其中环保投资 21 万元，环保投资占比14%。对比可知，该鞋模厂项目的环保投资占比处于相对较高水平：2024 年 2 月23 日，广东省生态环境厅网站发布了中海壳牌石油化工有限公司惠州三期乙烯项目环境影响报告书受理公告，该工程总投资499.60 亿元，环保投资 35.13 亿元，环保投资占比 7.03%。随着3D 打印技术在鞋模领域的应用日益成熟，传统鞋模制造工序逐步被替换甚至被取代，更加环保、精确的鞋模咬花方案未来有望引领市场：①鞋模厂采用 SLA 工艺可以取代传统的机械加工木模原型制作步骤，通过3D打印批量生产带有咬花特征的原型模，进而省去化学蚀刻制作咬花的关键步骤，在降低成本的同时减轻环境污染。②鞋模厂采用 SLM 工艺可以实现对整个制模生产过程的根本性革新，该工艺能够实现金属材料带有咬花特征的精密成型加工，不需要反复的倒模，也不再需要通过酸腐蚀的方法将凹凸的纹理刻蚀在金属模具上。

2. 3D 打印制造鞋模的应用实例

2.1 产品实例

就运动鞋而言，鞋底是其功能实现的重要组成部分，而鞋模是制造鞋底的关键工具。根据 Wind 数据，在中国鞋业市场中，运动鞋销售额占比逐步从此前的20%左右提升至接近50%，即运动鞋已经成为中国鞋业市场中主要的品类，随着专业运动水平提升以及日常运动需求逐步多样化，预期运动鞋有望维持快速增长态势。从运动鞋的结构来看大致可以划分为鞋面、鞋垫、中底、大底、配件等，其中鞋底（含大底和中底）是运动鞋功能实现的关键部件：①大底位于鞋子最底部，主要发挥防滑、耐磨、抗腐蚀等作用，其制造材料通常为天然橡胶或合成橡胶及补强剂；②中底位于大底和鞋垫之间，主要发挥缓震、弹性等作用，其制造材料通常为经过一次发泡的 EVA 中底或经过二次发泡的 PHYLON 中底，在同等工艺和材料下PHYLON中底的缓震、弹性等性能要好于 EVA 中底，但比 EVA 中底更重、造价更高。而制造大底和中底通常都需要用到金属鞋模，以实现鞋底多种多样的结构设计和花纹设计。

基于 3D 打印工艺制造的鞋模可做到复杂精巧，并且制造效率可显著提升。根据容智三维资料，3D 打印（SLM）鞋模常用的材料是 316L 不锈钢和铝合金，以其制造的鞋模产品为例：①公司曾打印一款尺寸为 166×306×60（mm³）、材质为 316L 不锈钢的爆米花鞋中底中框模具，3D 打印工艺可以解决爆米花鞋模中排气孔的加工难点、缩短整体工时，并且可以实现复杂咬花面图案一体成型，使设计更自由、更创新。②公司曾打印一款前后掌分体的大底模具，其前掌尺寸为 114×221×35（mm³）、后掌尺寸为 89×107×17（mm³）、材质为316L不锈钢，3D 打印工艺可以做到花纹面复杂且精细，并且可以实现各种不同的花纹细节、各种不同的图案在同一模具上实现。除通过减少工艺环节实现制造效率提升以外，3D 打印设备本身的优化和改进也会进一步提升鞋模制造效率，以容智三维的两款 3D 打印设备为例：①R250系列产品成型尺寸（长×宽×高）为 255×255×310（mm³），成型速度为18-22cm³/h，该设备一次仅可打印 1 只 45 码模具，打印时间需要 44 时 37 分；②R420 系列产品成型尺寸（长×宽×高）为 420×330×450（mm³），成型速度为 22-25cm³/h，该设备一次可打印3 只45 码模具，打印时间需要 77 时 2 分。在同等时间条件下，R420 系列的制造效率较R250 系列更高。

2.2 企业实例

铂力特赋能鞋模制造，助力传统产业高质量升级。铂力特（688333.SH）专注于工业级金属增材制造，围绕金属增材制造产业链开展金属 3D 打印设备、金属3D 打印定制化产品及金属 3D 打印原材料的研发、生产、销售，同时向客户提供金属3D 打印工艺设计开发及相关技术服务，构建了较为完整的金属 3D 打印产业生态链，整体实力在国内外金属增材制造领域处于领先地位。公司产品及服务广泛应用于航空航天、工业机械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造、船舶制造及电子工业等领域，尤其在航空航天领域市场占有率较高。在鞋模制造领域，铂力特主要与中科丰阳和永京集团进行合作：①中科丰阳（福建）科技有限公司是体育用品制造行业首家使用金属 3D 打印产业化的企业，公司致力于运动品牌鞋类模具的开发、研制和生产，具有雄厚的研发实力和完善的技术服务，目前服务于李宁、特步等众多国内外一线品牌，是鞋模具金属打印最大的企业之一。铂力特与中科丰阳的合作始于2022 年，自合作以来，双方在鞋模纹理的开发和应用、模具高效生产和品质控制等方面已经取得了突出进展；2023 年 8 月双方进一步签署了深度战略合作协议，致力于在工艺、材料、创意设计和后处理等方面共同攻克难题，共同推动鞋类制造业繁荣发展。②永京集团的事业版图遍布中国、印度尼西亚、越南、柬埔寨、印度 5 个国家，全球共有 32 个鞋生产基地，且大部分工厂布局在中国，公司旗下的广硕集团与荣诚集团是全球排名靠前的鞋业代工厂，专业生产NIKE、ADIDAS、NB、CROCS、CLUMBIA、FILA、LINING、361 度等国际驰名品牌。2023 年7 月铂力特与永京集团签署了战略合作协议，双方将充分发挥各自的优势，在模具设计优化、工艺迭代、材料研制和新应用开发等领域精诚合作。

华曙高科深入布局东南亚鞋业市场，助力传统制鞋业转型升级。华曙高科专注于工业级增材制造设备的研发、生产与销售，致力于为全球客户提供金属（SLM）增材制造设备和高分子（SLS）增材制造设备，并提供 3D 打印材料、工艺及服务。公司是全球极少数同时具备 3D 打印设备、材料及软件自主研发与生产能力的增材制造企业，销售规模位居全球前列，是我国工业级增材制造设备龙头企业之一。华曙高科与3D 打印解决方案供应商越南创鸿科技有限公司达成合作，深入布局东南亚鞋业市场，助力传统制鞋业转型升级。依托于创鸿科技对东南亚市场的深刻理解与华曙高科在产业化增材制造的技术沉淀，双方收到了许多国际鞋业品牌的咨询。与此同时，创鸿科技还可根据客户不同需求，提供包括华曙高科设备在内的整体解决方案及完善的售后服务，为传统制造业赋能。

大族激光设立子公司大族和光开展 3D 打印业务，现已有多款设备产品可用于鞋模制造。大族激光于 2022 年 4 月 12 日设立子公司大族和光（已更名为深圳市大族聚维科技有限公司），主要经营范围包括：增材制造装备销售、智能控制系统集成、工业机器人销售、机械设备租赁、工业互联网数据服务等。大族激光官网显示，目前其M720-300、M460-400、M360、M260 铺粉式激光 3D 打印机均可用于鞋模制造。根据大族和光研发负责人介绍，大族开发的 M360 下送粉设备可以满足 80%的鞋模生产，M360B 型上落粉设备可以满足剩余非常规鞋模的生产。得益于大族激光能够自产激光器、自产振镜等核心零部件，其3D打印设备的成本大大降低、国产化率明显提升、供应链安全更加有保障。

联泰科技是较早拓展鞋模 3D 打印的企业之一，其市场占有率已经达到较高水平。联泰科技成立于 2000 年，是中国较早参与 3D 打印技术应用实践的企业之一，目前产业规模位居行业前列，在 3D 打印领域具有广泛的行业影响力和品牌知名度。早在2016 年，公司就已成立鞋业事业部，随着无孔透气膜工艺、无支持打印工艺等逐步落地，联泰科技可以做到将目标鞋模的实际面制造成疏松结构，并且有效解决了打印过程中可能出现的变形、坍塌等问题。根据公司官网披露的数据，目前联泰科技鞋模制造设备约占全国总制模3D 打印设备的60%，覆盖全球多个产业集中地，如福建、广东、山东、河南、河北、越南、印尼、巴西、土耳其等。以公司客户汇锋模具为例，在 2020 年采购联泰科技的十台鞋模专用3D 打印机FL600HD并且配套 Unionfab 云平台管理系统后，汇锋模具的成本减少了 40%，生产效率提高了60%。

汉邦科技坚持 3D 打印产业化多元发展道路，已推出鞋模专机来满足鞋模行业的需求。汉邦科技于 2007 年进入金属 3D 打印领域，专注于设备的研发、制造、销售、应用和技术服务，是国内专业的工业级金属增材制造（3D 打印）设备制造商，行业应用覆盖航空航天、医疗齿科、骨科、新能源、模具、汽车、个性化定制、教育科研等多个领域，客户包括中国钢研、中国核动力院、未来工场、珠海格力、深圳光韵达、上海交大等各名企高校。在鞋模行业应用方面，公司经过不断的打印测试、应用效果分析，已于 2019 年下半年推出HBD-350/350T鞋模专机，该产品的成型尺寸（长×宽×高）为 325×325×400（mm³），可以有针对的解决鞋模行业的诉求。2023 年，公司进一步推出高效率、高精度、高稳定性的HBDP400 设备，该产品的成型尺寸（长×宽×高）为 400×350×400（mm³），能够轻松应对85%以上的整双鞋模产品一次性打印需求。

通过收购广州雷佳，金石三维完成了 SLA 光固化打印鞋模和SLM金属打印鞋模全布局。广州雷佳核心团队来自华南理工大学杨永强教授团队，2002 年开始金属增材制造技术研究工作，是我国最早开展激光选区熔化（SLM）技术研究的团队之一，也是我国最早成功研制出SLM 快速成型设备的团队，其开发的 DiMetal- 450E 鞋模专用机具有高质量、高效率、大尺寸的特点。2022 年 7 月，金石三维完成了对广州雷佳的收购，标志着金石三维在深化和完善3D打印全产业链一体化发展的道路上更进一步，成为国内少数金属和非金属3D打印设备产业化企业。针对鞋模应用的技术难点，通过多年的市场调研、打印测试和应用效果分析，金石三维推出了“设备+材料+软件+服务”的 3D 打印鞋模综合解决方案，其SLA 光固化打印机和SLM金属 3D 打印机都可以打印出超高精细度的鞋模。

容智三维专攻 SLM 技术路线，基于对鞋模行业用户需求的深入了解与分析推出了定制化设备。容智三维专业从事工业级激光金属增材制造设备（SLM 技术）研发、生产、销售及技术服务，通过自主研发增材装备及搭建批量化生产线，打破国外垄断，降低装备成本、聚焦专机、提高效率，并且针对钛合金、高温合金、铝合金、钴铬合金、模具钢等多种金属进行工艺开发及生产制造，以满足航空航天、工业、医疗、汽车、模具等领域的高端制造需求，为客户提供定制化“设备+工艺+材料+技术服务”整体应用解决方案。公司的R250 系列和R420系列产品均可用于鞋模打印，并且 420T 是市面上少有的能够一次同时成型三支鞋模的设备，打印效率高、咬花纹路清晰精细，可以满足鞋企产品周期缩短、品质提升的需求。

依托德迪智能的设备能力，正向增材与安世九鑫合作拓展鞋模领域。正向增材是杭州一家集增材制造装备、材料、工业软件、增材制造技术应用与运营服务的高科技公司，其子公司德迪智能是研发 3D 打印设备、耗材及打造增材制造生态链的专业企业，同时也在精密机械、智能控制、三维建模、新型材料、X-射线、激光测绘等方面进行技术研发，并将这些技术应用到医用、建筑等行业并为其提供专业的整体设备和解决方案。依托自身完善的“装备、材料、工艺、软件”等底层技术能力，正向增材成功助力合作伙伴安世九鑫实现“数字化运营+智能灯塔工厂”的双向战略布局。安世九鑫主营鞋模具业务，配套有自主研发专业软件，同时具备独立设计能力，截止 2024 年 3 月底，公司已拥有 60 台 3D 金属打印机，可承接鞋模完整全套开发流程。