TWI655915B - Upper surface of polyurethane three-dimensional decorative pattern and its preparation method and shoes made - Google Patents

Abstract

一種具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面及其製法以及所製成之鞋子，其係先提供一鞋面半成品，其是形成一鞋面形狀，並可經加工作業以先結合一底材之全部或一部分；再利用至少一3D列印裝置並以PU當3D列印材以在該鞋面半成品之表面上列印成型至少一PU裝飾單元，該PU裝飾單元可形成各種多樣化裝飾圖案且更兼具鞋面結構強度之補強功效；再進行硬化以完成一具PU裝飾圖案之鞋面；再利用該鞋面製成一鞋子；藉此可增加鞋子外觀之多樣化，並可避免先前技術的成本支出及麻煩，足以提昇該鞋面及鞋子之製程效率及市場競爭力。

Description

具聚氨酯立體裝飾圖案之鞋面及其製法以及所製成之鞋子

本發明係有關一種具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面及其製法以及所製成之鞋子，尤指一種以聚氨酯(PU)當3D列印材而利用3D列印方式以在一鞋面半成品之表面上列印成型至少一PU裝飾單元，用以使鞋面及所製成之鞋子具有各種多樣化立體裝飾圖案。

3D列印技術及其應用目前極為風行，相關之先前技術包含US 9,538,738、US 9,522,522、US 9,460,557、US 9,453,142等；又由網路可知，多家大鞋廠如NIKE、ADIDAS、Reebok等最近都投入3D列印製鞋的研發，看重的就是可節省不少成本，例如以往打造一雙鞋子的原型，須要12名技師且製作時間須4至6星期，若改成3D列印，只須2名技師就能操作，且3D列印比一般生產線更省時，可大幅縮短工作時間。

在目前之製鞋領域中，雖然已存在一些利用3D列印技術來設計並製作一鞋子之先前技術，但目前之3D列印製鞋技術較偏向於製造高單價之客製化(custom-made)專屬鞋子如高跟鞋或特殊用鞋，若要量產化製作非高單價之一般鞋子如慢跑鞋、各種球類運動鞋等，因為須同時顧慮到3D列印材、3D列印操作方式、量產化速度、鞋子功能(如配合運動之強 度)、製作成本、或市場競爭力等多面向，因此目前尚未見有成熟的3D列印製鞋技術，尤其是使用於製作非高單價之一般運動鞋。

因此，在3D列印製鞋技術領域中，尤其是製作非高單價之一般運動鞋，如何兼顧及滿足3D列印材、3D列印操作方式、量產化速度、鞋子功能(如配合運動之強度)、製作成本、或市場競爭力等多面向條件，此乃本發明主要解決的課題，本發明即針對上述課題提供最有效且最有利的解決方案。

本發明主要目的乃在於提供一種具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面及其製法以及所製成之鞋子，其中該製法包含下列步驟：提供一鞋面半成品，該鞋面半成品是形成而具有一鞋面形狀；利用至少一3D列印裝置，並以PU作為3D列印材供能由該3D列印裝置所設之噴頭噴出以進行3D列印；利用上述之3D列印方式，在該鞋面半成品之表面上列印成型至少一PU裝飾單元，該PU裝飾單元可依圖案設計需要以形成各種多樣化裝飾圖案；再進行硬化以完成一具PU立體裝飾圖案之鞋面；藉此可增加鞋子之外觀裝飾圖案的多樣化，並提昇該鞋面及所製成之鞋子的製程效率及市場競爭力。

在本發明中，用以作為3D列印材之PU包含：二液型PU(two components PU)、濕氣硬化單液型PU(moisture curable one component PU)、熱塑型PU(TPU，thermoplastic PU)，其中二液型PU是把反應遲緩之第一液在臨使用前再用第二液加以混合；其中濕氣硬化單液型PU是在3D列印成型之後再與空氣中水分反應而硬化；其中熱塑型PU(TPU)是先加熱形成熔 融狀態再由3D列印裝置之噴頭噴出以進行列印。

在本發明一實施例中，當以二液型PU作為3D列印材時，其係將第一液如多氰酸酯類及第二液如多醇類，在臨使用前混合，如把第一液及第二液引導至設在3D列印裝置之噴頭(噴嘴)之前的容室中供進行均勻混合，再使混合後之二液型PU在硬化之前由噴頭噴出以列印在該鞋面半成品之表面上。

在本發明一實施例中，該至少一3D列印裝置所設之噴頭得具有不同之噴口尺寸，供在列印製程中得選擇適當的噴口尺寸以進行列印工作，藉以增進3D列印之工作效率。

在本發明一實施例中，該鞋面半成品係攤平在3D列印裝置之工作台平面上，使3D列印裝置之噴頭能快速地將PU列印在該鞋面半成品之表面上。

在本發明一實施例中，該鞋面半成品進一步係利用本發明所使用之3D列印裝置而直接以3D列印方式列印成型，藉此避免習知製鞋工藝在製造鞋面半成品時須先製作一鞋面成型模具的製作成本及後續修除鞋面半成品之毛邊的加工成本。

在本發明一實施例中，該鞋面半成品進一步先經加工作業以與鞋子之底材如內底、中底、外底之全部或其中一部分組合成一體，藉以構成一已具有鞋子形狀之鞋子半成品，再使該鞋子半成品架設在可轉動之治具上，以使該鞋子半成品得相對於3D列印裝置之噴頭進行轉動，使噴頭能快速地將PU列印在該鞋面半成品之表面上。

在本發明一實施例中，該鞋面半成品係先與鞋子之底材包 含內底、中底、外底全部組合成一體以構成一已具有鞋子形狀之鞋子半成品，並進一步在該外底之底面上設置至少一凹槽，用以使3D列印裝置之噴頭能將PU分別列印在該鞋子半成品之鞋面之表面上及該至少一凹槽內，供可在該鞋子之鞋面的表面上及該外底之底面上能各成型具有至少一PU裝飾單元。

10‧‧‧鞋面半成品

10a‧‧‧鞋面

11‧‧‧鞋帶孔

20‧‧‧聚氨酯(PU)

20a‧‧‧二液型PU

21‧‧‧第一液

22‧‧‧第二液

30‧‧‧3D列印裝置

31‧‧‧噴頭

32‧‧‧容室

33‧‧‧輸送管

40‧‧‧PU裝飾單元

40a‧‧‧浮凸圖形

40b‧‧‧浮凸圖形

40c‧‧‧浮凸線條

40d‧‧‧浮凸線條

41‧‧‧浮凸圖形

50‧‧‧底材

51‧‧‧中底

52‧‧‧外底

521‧‧‧凹槽

60‧‧‧鞋子

60a‧‧‧鞋子半成品

60b‧‧‧鞋子半成品

第1圖係本發明一實施例中3D列印裝置之噴頭在一鞋面半成品之表面上進行列印工作之立體示意圖。

第2圖係第1圖所示鞋面半成品在3D列印完成後之立體示意圖。

第3圖係第2圖中列印完成後之鞋面半成品進一步與鞋子底材組合之立體分解示意圖。

第4圖係第3圖中組合完成之鞋子立體示意圖。

第5圖係本發明中鞋面半成品先與鞋子底材(中底)組合之立體分解示意圖。

第6圖係第5圖中鞋面半成品與鞋子底材組合形成之鞋子半成品之立體示意圖。

第7圖係第6圖所示之鞋子半成品在進行3D列印之一側面示意圖。

第8圖係第7圖所示鞋子半成品在3D列印完成之一實施例立體示意圖。

第9圖係第8圖所示3D列印完成之鞋子半成品再與鞋子底材(外底)組合之立體分解示意圖。

第10圖係第9圖所示鞋子半成品與鞋子底材(外底)組合後之立體示意圖。

第11圖係本發明中鞋面半成品先與鞋子底材(中底、外底)組合之立體分 解示意圖。

第12圖係第11圖中組合後之鞋子半成品之立體組合示意圖。

第13圖係第12圖所示之鞋子半成品在鞋面上進行3D列印之側面示意圖。

第14圖係第12圖所示鞋子半成品在外底之底面上進行3D列印之立體示意圖。

第15圖係第14圖中在外底之底面上進行3D列印之立體(底視角)示意圖。

第16圖係第15圖中3D列印完成後之鞋子立體(上視角)示意圖。

為使本發明更加明確詳實，茲列舉較佳實施例並配合下列圖示，將本發明之結構及其技術特徵詳述如後；其中在圖式中各部件的尺寸並非依實際比例繪示。

參考第1、2圖所示，本發明係提供一種具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面及其製法以及所製成之鞋子，其中該具聚氨酯立體裝飾圖案之鞋面如第2圖所示，其係包含：一鞋面半成品10，其係以鞋面材料製成而具有鞋面形狀；及至少一PU裝飾單元40，其係利用至少一3D列印裝置30且以聚氨酯(PU)20作為列印材，使藉由3D列印裝置30之噴頭31噴出該聚氨酯20以列印在該鞋面半成品10之表面上並結合成一體而形成。

本發明之具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面之製法包含下列步驟：

步驟1：提供一鞋面半成品10。該鞋面半成品10可利用習知的製鞋工藝製成但不限制，例如利用合成皮革如聚氨酯(PU)、氯乙烯(PVC)、或其組合物當作鞋面材料，再藉成型加工作業，如先製作一鞋面 成型模具，再藉該鞋面成型模具來進行澆注成型以形成一鞋面雛版，再修除鞋面雛版之毛邊以完成一具有鞋面形狀之鞋面半成品10如第1圖所示；其中，鞋面半成品10之形狀包含如造型或鞋帶孔11之位置及數目等並不限制，可依鞋面設計需要而做出不同形狀變化。

步驟2：利用至少一3D列印裝置30，並以聚氨酯(PU)20作為3D列印材。該PU包含：二液型PU(two components PU)、濕氣硬化單液型PU(moisture curable one component PU)、熱塑型PU(TPU，thermoplastic PU)。在此以二液型PU作為3D列印材為例說明但非用以限制本發明，例如把反應遲緩之第一液21如多氰酸酯類但不限制，用第二液22如多醇類但不限制，在臨使用前混合，在此更以第1圖為例說明但不限制，第一液21及第二液22被分別以輸送管33送至一設在3D列印裝置30之噴頭(噴嘴)31之前的容室32中以進行均勻混合，混合方式可以在該容室32內部設置攪拌機構(圖未示)但不限制；再使混合後之二液型PU20a在混合硬化之前由噴頭31噴出以3D列印在該鞋面半成品10之表面上。由於3D列印裝置30中各部件之結構及其功能，皆能利用現有技術來完成，故3D列印裝置30及其各部件如噴頭31、容室32(或內部所設之攪拌機構)、輸送管33等之詳細結構及其功能，在此不再贅述。

步驟3：利用3D列印方式，在該鞋面半成品10之表面上列印成型出至少一PU裝飾單元40。該PU裝飾單元40可依預先之圖案設計以形成各種多樣化裝飾圖案，如第2圖中所示之浮凸圖形40a、40b或浮凸線條40c、40d等但不限制，甚至可形成兼具鞋面強度補強功能之浮凸圖形，如第2圖中所示之浮凸圖形41即形成在該鞋面半成品10之鞋帶孔11的周圍位置，藉以增 進該鞋帶孔11之拉扯強度。

步驟4：再進行硬化以完成一具聚氨酯立體裝飾圖案之鞋面10a如第2圖所示。

此外，再利用步驟4所製成之鞋面10a來進行後續加工作業，如使鞋面10a與鞋子之底材50安裝組合成一體之加工作業如第3圖所示，其中該鞋子之底材50一般是包含一內底(圖未示)、一中底51及一外底52但不限制，如此即完成一鞋子60如第4圖所示，因此本發明能提昇所製成之鞋子60的市場競爭力。

在本發明一實施例中，該3D列印裝置30得設有多個具不同噴口尺寸之噴頭31，如第1、2圖所示設有二噴頭31但不限制，其中各噴頭31係藉電腦程式設計而可分別各自作動或同步作動。此外，各噴頭31更可被設計具有不同之噴口尺寸，供在3D列印製程中能選擇適當噴口尺寸之噴頭31以針對不同之PU裝飾單元40來進行列印成型作業，藉以增進各噴頭31之工作效率。

參考第1、2圖，該鞋面半成品10係攤平在3D列印裝置30之工作台平面上(圖未示)，使3D列印裝置30之噴頭31能將列印材PU20快速地列印在該鞋面半成品10之表面上。

此外，為提昇本發明之鞋面10a的製程效率，步驟1中所提供之鞋面半成品10進一步可利用本發明所使用之3D列印裝置30而直接以3D列印方式來列印成型，即利用3D列印裝置30之噴頭(噴嘴)31以列印成型該鞋面半成品10(參考第1圖中右邊之噴頭31所示)，藉此節省習知製鞋工藝須先製作一鞋面成型模具的製作成本及後續修除毛邊之加工成本。

參考第5圖，在步驟1所提供之鞋面半成品10進一步可先利用其他之加工作業(如黏著壓合作業)以與鞋子之底材50中之全部或一部分，如內底(圖未示)、中底51或其組合但不限制，組合成一體，藉以先構成一已具有鞋面半成品10及鞋子雛形之鞋子半成品60a如第6圖所示；進一步再藉相配合設計之治具或夾具(圖未示)，例如將該鞋子半成品60a套設在可轉動之治具上，使該鞋子半成品60a得相對於3D列印裝置30之噴頭31進行角度調整之轉動如第7圖中箭頭A所示，藉此使3D列印裝置30之噴頭31能在該鞋子半成品60a之鞋面半成品10之表面上進行3D列印工作如第7圖所示，使列印材PU20得在鞋面半成品10之表面上列印成型出至少一PU裝飾單元40如第8圖所示。

此外，再將已具有至少一PU裝飾單元40之鞋子半成品60a進行後續加工作業，如進行鞋子半成品60a與底材50中之外底52(但不限制)組合成一體之加工作業如第9圖所示，如此即完成一鞋子60如第10圖所示，由於該鞋子60之鞋面上列印形成有至少一PU裝飾單元40，故該鞋子60與習知鞋子不同且更具變化，因此本發明確實能提昇所製成之鞋子60的市場競爭力。

參考第11圖，在步驟1所提供之鞋面半成品10進一步可先利用其他之加工作業(如黏著壓合作業)以與鞋子之底材50如包含內底(圖未示)、中底51、外底52全部組合成一體，藉以構成一已具有鞋子形狀之鞋子半成品60b如第12圖所示，其中在該外底52之底面上(包含由底面向上延伸之側緣部分)進一步設有至少一凹槽521，該凹槽521之形狀及其在該外底52之底面上位置並不限制，其可隨需要而變化設計，如第13、14圖所示在該 外底52之底面上設有多條不規則的橫向凹槽521但不限制；進一步，再藉相配合設計之治具或夾具(圖未示)，例如將該鞋子半成品60b套設在可轉動之治具上(圖未示)，以使該鞋子半成品60b得相對於該噴頭31進行角度調整之轉動如第13圖中箭頭B所示，藉此使噴頭31能在該鞋子半成品60b中之鞋面半成品10之表面上進行3D列印工作，用以在該鞋面半成品10之表面上列印形成至少一PU裝飾單元40，在此稱為第一PU裝飾單元(40)。此外，該噴頭31進一步能在該鞋子半成品60b中之外底52之底面上進行3D列印工作如第14圖所示，用以在該外底52之底面之各凹槽521內列印形成至少一PU裝飾單元70如第14-15圖所示，在此稱為第二PU裝飾單元(70)；其中，當第二PU裝飾單元70之列印成型厚度(高度)被設計為略高於(略凸出於)該外底52之底面時，第二PU裝飾單元70不但具有裝飾功能且更具有防滑功能。

此外，第二PU裝飾單元70與第一PU裝飾單元40之3D列印工作可以分開進行或連續進行，其中所述之分開進行乃是指噴頭31可先在該鞋面半成品10之表面上列印完成全部的第一PU裝飾單元40，之後再轉動調整角度以使該鞋子半成品60b之外底52之底面朝向噴頭31，供噴頭31可針對外底52之底面之各凹槽521進行3D列印工作以列印完成全部的第二PU裝飾單元70，即第一PU裝飾單元40及第二PU裝飾單元70是分開列印成型而形成分開狀態。而所述之連續進行乃是指噴頭31可以在該鞋面半成品10之表面上先列印其中一局部的第一PU裝飾單元40如第13圖所示(或包含第二PU裝飾單元70之側緣部分)，此時再轉動調整角度以使該鞋子半成品述60b之外底52之底面朝向噴頭31，以使噴頭31可連續地再針對該外底52之底面上進行3D列印工作以列印一局部的第二PU裝飾單元70如第14圖所示，之後又轉動調 整角度以使該鞋子半成品60b上之鞋面半成品10再朝向噴頭31，以使噴頭31連續地再針對該鞋面半成品10之表面上進行3D列印工作以再列印一局部的第一PU裝飾單元40(又回到如第13圖所示)，如此交叉地且連續地進行3D列印工作以完成全部的第一PU裝飾單元40及第二PU裝飾單元70；也就是，第一PU裝飾單元40及第二PU裝飾單元70之3D列印工作得藉由該鞋子半成品60b之轉動調整角度而交叉地且連續地進行列印工作，而列印完成後之第一PU裝飾單元40及第二PU裝飾單元70之間因為連續地且交叉地列印成型，以致有局部是形成連結狀態如第15-16圖所示；此外，由於第一PU裝飾單元40及第二PU裝飾單元70之間具有局部的連結狀態，故可進一步增進鞋子60的結構強度。

以上所述僅為本發明的優選實施例，對本發明而言僅是說明性的，而非限制性的；本領域普通技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發明的保護範圍內。

Claims (6)

1. 一種具聚氨酯(PU)立體裝飾圖案之鞋面之製法，包含下列步驟：步驟1：提供一鞋面半成品；步驟2：利用至少一3D列印裝置且以聚氨酯(PU)作為列印材；步驟3：利用該3D列印裝置之噴頭，以3D列印方式在該鞋面半成品之表面上列印成型出至少一PU裝飾單元；及步驟4：再進行硬化以完成一具聚氨酯立體裝飾圖案之鞋面；其中在步驟1所提供之鞋面半成品係進一步先與鞋子之底材中之一部分組合成一體，藉以先構成一已具有鞋面半成品之鞋子半成品，再使該鞋子半成品能相對於該3D列印裝置之噴頭進行角度調整之轉動，藉此使該3D列印裝置之噴頭能在該鞋子半成品中之鞋面半成品之表面上進行3D列印工作，使在鞋面半成品之表面上列印形成該PU裝飾單元；其中在步驟1所提供之鞋面半成品係進一步先與鞋子之底材全部組合成一體，藉以構成一已具有鞋子形狀之鞋子半成品，其中在該底材中之外底之底面上進一步設有至少一凹槽；再使該鞋子半成品能相對於該3D列印裝置之噴頭進行角度調整之轉動，使該3D列印裝置之噴頭能在該鞋子半成品中之鞋面半成品之表面上進行3D列印工作以列印形成第一PU裝飾單元，並且能在該鞋子半成品中之外底之底面上進行3D列印工作以使PU列印在該外底之底面之各凹槽內以形成第二PU裝飾單元。
2. 如請求項1所述之製法，其中在該步驟1所提供之鞋面半成品進一步係利用該3D列印裝置且以聚氨酯(PU)作為列印材，使藉由該3D列印裝置之噴頭噴出該聚氨酯以3D列印成型。
3. 如請求項1所述之製法，其中在該步驟4所製成之鞋面係進一步進行加工作業以與鞋子之底材組合成一體而完成一鞋子。
4. 如請求項1所述之製法，其中列印在該外底之底面之各凹槽內所形成之第二PU裝飾單元之列印成型厚度係高於該外底之底面。
5. 如請求項1所述之製法，其中第二PU裝飾單元之列印工作與第一PU裝飾單元之列印工作係分開進行或連續進行；其中當第二PU裝飾單元與第一PU裝飾單元之3D列印工作係分開進行時，該3D列印裝置之噴頭係先在該鞋面半成品之表面上列印完成全部第一PU裝飾單元，之後再轉動調整角度以使該鞋子半成品之外底之底面朝向噴頭，供噴頭對外底之底面之各凹槽進行3D列印工作以列印完成全部第二PU裝飾單元，使第一PU裝飾單元及第二PU裝飾單元是分開列印成型而形成分開狀態；其中當第二PU裝飾單元與第一PU裝飾單元之3D列印工作係連續進行時，該3D列印裝置之噴頭係在該鞋面半成品之表面上先列印其中一局部的第一PU裝飾單元，此時轉動調整角度以使該鞋子半成品之外底之底面朝向噴頭，以使噴頭能連續地再針對該外底之底面進行3D列印工作以列印一局部的第二PU裝飾單元，之後又轉動調整角度以使該鞋子半成品中之該鞋面半成品再朝向噴頭，使噴頭能連續地再針對該鞋面半成品之表面上進行3D列印工作以再列印另一局部的第一PU裝飾單元，藉此第一PU裝飾單元及第二PU裝飾單元之3D之列印工作係藉由該鞋子半成品之轉動調整角度而交叉地且連續地進行列印工作，使列印完成後之第一PU裝飾單元及第二PU裝飾單元之間會有局部形成連結狀態。
6. 一種鞋子，其特徵在於，其係藉由一如請求項1至5中任一項所述之具聚氨酯立體裝飾圖案之鞋面之製法來製造的。