لماذا تحتوي الأحذية المطبوعة بتقنية الطباعة رباعية الأبعاد على حرف "D" إضافي مقارنةً بالأحذية ثلاثية الأبعاد؟

مقدمة: التحول النموذجي من الكيمياء إلى الهندسة

على مدى قرن تقريبًا، خضعت صناعة الأحذية الرياضية لسيطرة الكيمياء المادية. فمنذ استخدام المطاط الطبيعي في بداياتها، مرورًا بالهيمنة العالمية لمادة EVA (أسيتات فينيل الإيثيلين)، وصولًا إلى العصر الحالي للرغوة فوق الحرجة (مثل Pebax)، سعت العلامات التجارية بلا هوادة إلى إيجاد "الفقاعة المثالية". إلا أن قوانين الفيزياء تُشير إلى أن الكيمياء المادية تصل في نهاية المطاف إلى حد أقصى للأداء.

عندما طرحت شركة الأحذية العملاقة نعلها الأوسط الشهير "رباعي الأبعاد" في عام 2017، أشارت إلى تحول جذري في المفاهيم: فقد انتقلت المنافسة من "اكتشاف رغوة أفضل" إلى "برمجة هندسة مثالية". والسؤال الأكثر شيوعًا بين المستهلكين هو: في عالم مادي ثلاثي الأبعاد، لماذا يُطلق عليه "رباعي الأبعاد"؟ ماذا يُمثل حرف "D" الإضافي؟ ستُحلل هذه المقالة جوهر البيانات الكامنة وراء الأحذية المطبوعة بتقنية الطباعة رباعية الأبعاد، وتقارنها بالقوة الصاعدة في قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد - شركة ARKKY - وتقنيتها الثورية HALS .

1. فك شفرة الحرف "D" الرابع: إنه ليس مجرد حرف، إنه بيانات

في الأوساط الأكاديمية التقليدية، تشير الطباعة رباعية الأبعاد إلى الأجسام المطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد والتي يمكنها تغيير شكلها أو وظيفتها بمرور الوقت عند تعرضها لمؤثرات خارجية كالحرارة أو الماء أو الضوء. وتُعدّ خاصية "ذاكرة الشكل" هذه التعريف العلمي للبعد الرابع.
ومع ذلك، في سياق صناعة الأحذية (التي تقودها سلسلة 4D)، تم إعادة تعريف حرف "D" بمعنى تجاري وتوجه نحو الأداء بشكل أكبر: البيانات .

1.1 17 عامًا من الترميز البيوميكانيكي

لا يُصمّم النعل الأوسط لحذاء رباعي الأبعاد ببساطة بواسطة مصمم في برنامج تصميم بمساعدة الحاسوب، بل يُستخلص من بيانات رياضية جُمعت على مدى 17 عامًا. تشمل هذه البيانات ملايين دورات ضرب القدم، وخرائط توزيع الضغط، ومتجهات الصدمة عند رفع أصابع القدم، والمسار الدقيق لتشوه قوس القدم أثناء الهبوط.

1.2 من "محاكاة النموذج" إلى "البرمجة الوظيفية"

كانت الأحذية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في بداياتها مجرد محاكاة للنعل الأوسط التقليدي، حيث استُخدمت هياكل شبكية لتقليل الوزن في المقام الأول. أما الطباعة رباعية الأبعاد، فقد حققت البرمجة الوظيفية . إذ يتم حساب سُمك كل دعامة في الشبكة وزاويتها وكثافتها بواسطة خوارزمية تعتمد على بيانات ميكانيكية حيوية. لم يعد النعل الأوسط مجرد كتلة متجانسة من الرغوة، بل أصبح نظامًا ميكانيكيًا معقدًا يتكون من آلاف "المستشعرات الدقيقة" و"المعززات الاتجاهية". هذا هو "التمكين بالبيانات" الإضافي.

2. المحرك الأساسي: توليف الضوء الرقمي (DLS)

لتحقيق إنتاج ضخم لتصاميم معقدة تعتمد على البيانات، لا تكفي تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية (مثل FDM أو SLS). لذا، تعاونت العلامة التجارية مع شركة Carbon في وادي السيليكون للاستفادة من تقنية التخليق الضوئي الرقمي (DLS) .

2.1 اختراق CLIP

تعتمد تقنية DLS على عملية CLIP (الإنتاج المستمر للواجهة السائلة) . ويكمن ابتكارها الأساسي في نافذة بصرية شفافة تسمح بمرور الأكسجين. ففي قاع حوض الراتنج السائل، يُسلط الضوء لتشكيل القطعة، بينما يُنشئ الأكسجين "منطقة ميتة" - طبقة مجهرية (بسماكة عشرات الميكرونات) لا يتصلب فيها الراتنج. وبفضل هذه المنطقة الميتة، تنمو القطعة باستمرار وسلاسة من حوض الراتنج دون الحاجة إلى عملية "الطبقات والتقشير" التي تميز الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية.

2.2 القوة الفيزيائية المتساوية الخواص

تُعدّ "تأثير الطبقات" من أبرز عيوب الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، حيث تكون الرابطة بين الطبقات أضعف بكثير من قوة التماسك الجانبي، مما يؤدي إلى هشاشة هيكلية. تضمن تقنية DLS أن تكون النعال الوسطى رباعية الأبعاد متجانسة الخواص ، أي أن خصائصها الميكانيكية موحدة في جميع الاتجاهات. وبفضل عملية المعالجة المزدوجة (الأشعة فوق البنفسجية للتشكيل والحرارة للتقوية الهيكلية)، توفر هذه النعال الوسطى متانة ومقاومة للإجهاد تُضاهي أو حتى تتفوق على المواد التقليدية المصبوبة بالحقن.

3. محفظة الأداء رباعية الأبعاد: سلم الأداء

منذ عام 2017، تم طرح العديد من المنتجات البارزة المطبوعة بتقنية الطباعة رباعية الأبعاد في السوق:

• Futurecraft 4D : الشركة الرائدة التي أسست الهوية البصرية "Ash Green". يتميز النعل الأوسط بثلاث مناطق وظيفية متميزة: كعب كثيف لامتصاص الصدمات، ووسط قدم صلب لتحقيق الثبات، ومقدمة قدم سريعة الاستجابة للدفع.
• 4DFWD / 4DFWD 2 : الطراز الرائد الحالي في الأداء. يتميز بهيكل شبكي فريد على شكل "ربطة عنق".
• الميزة الميكانيكية : تحت الضغط الرأسي، تخضع هذه الشبكة لتشوه القص . تُظهر البيانات التجريبية أنها تقلل من قوة الكبح القصوى بنسبة 15%، وتعيد توجيه تلك الطاقة إلى حركة أمامية أكبر بثلاث مرات مقارنة بالأجيال السابقة.
• Ultra 4D : تحفة فنية هجينة تجمع بين الجزء العلوي الأسطوري Ultraboost Primeknit ونعل أوسط رباعي الأبعاد، مما يعالج مخاوف التثبيت والراحة الأولية للنماذج المطبوعة ثلاثية الأبعاد المبكرة.

4. المنافس ثلاثي الأبعاد: تقنية ARKKY وHALS

بينما يهيمن اللاعب الرئيسي على سردية "الطباعة رباعية الأبعاد"، شهد قطاع الأحذية المطبوعة ثلاثية الأبعاد ظهور منافس قوي: شركة ARKKY . فإذا كانت سلسلة الطباعة رباعية الأبعاد تركز على "عمق البيانات"، فإن ARKKY تركز على "اتساع نطاق التصنيع" من خلال تقنية HALS الحاصلة على براءة اختراع.

4.1 تقنية HALS: توليف الضوء غير المتزامن المعاق

HALS هي تقنية معالجة ضوئية فائقة السرعة تم تحسينها خصيصًا للإنتاج الضخم للأحذية.

• منطق التحكم غير المتزامن : على عكس المنطق المتزامن لتقنية DLS التقليدية، تستخدم تقنية HALS التحكم المجزأ في الإضاءة المدعوم بالذكاء الاصطناعي . فهي قادرة على ضبط شدة الإضاءة في الوقت الفعلي عبر مناطق مختلفة، مما يسرع عملية التشكيل بشكل كبير مع الحفاظ على دقة متناهية.
• ثورة السرعة : وفقًا لبيانات شركة ARKKY الرسمية، يمكن للطابعات التي تستخدم تقنية HALS تقليل وقت طباعة الحذاء الواحد إلى ما بين 20 و60 دقيقة ، مع قدرة إنتاجية يومية تتجاوز 200 زوج لكل جهاز. وهذا يُزيل فعليًا العائق الذي حال دون وصول الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى نطاق صناعي واسع.

4.2 فلسفة ARKKY: متجانسة وقابلة للتنفس

بخلاف تركيبة "النعل الأوسط + الجزء العلوي التقليدي" الشائعة في أحذية 4D، تدعو ARKKY إلى القولبة المتجانسة .

• تصميم ذو تهوية كاملة : بالاستفادة من قدرة شركة HALS على التشكيل بالقوالب كبيرة الحجم، تقوم شركة ARKKY بطباعة الحذاء بأكمله كوحدة واحدة. تعمل الشبكات الداخلية على توفير التوسيد ونظام تهوية بزاوية 360 درجة.
• استراتيجية المادة الواحدة : تُعطي ARKKY الأولوية لاستخدام مادة TPU حيوية المنشأ. وهذا يسمح بإعادة تدوير الحذاء بالكامل بنسبة 100% في نهاية عمره الافتراضي، مما يحل المشكلة البيئية للأحذية الرياضية المركبة متعددة المواد التي يكاد يكون من المستحيل إعادة تدويرها.

5. مصفوفة الأداء: رباعي الأبعاد مقابل ثلاثي الأبعاد

من حيث التحليل التقني، فإن تقنيتي 4D و3D ليستا مجرد امتداد للأجيال السابقة، بل تمثلان فلسفتين تصميميتين متميزتين:

6. صحة القدم وراحتها: المستقبل تحت أقدامنا

لماذا يجب أن نهتم بهذا الحرف "D" الإضافي؟ لأنه يؤثر بشكل مباشر على صحة قدميك على المدى الطويل.

• الارتداد الفيزيائي مقابل الارتداد الكيميائي : ينهار إسفنج EVA مع مرور الوقت نتيجة انفجار فقاعات الهواء الداخلية. أما الأحذية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية ورباعية الأبعاد فتعتمد على مرونة الهياكل الهندسية. تحافظ هذه "الزنبركات الفيزيائية" على أداء ثابت تقريبًا حتى بعد استخدامها لمسافة 1000 كيلومتر.
• مستقبل التخصيص : مع منصة HALS التي تروج لها شركة ARKKY، يتجه القطاع نحو تقنية "المسح الضوئي للطباعة". سيُمكّن مسح الهاتف الذكي في المستقبل الذكاء الاصطناعي من إنشاء توزيع شبكي مُصمم خصيصًا لانحناء قوس قدمك وطريقة مشيك. هذا لا يُحسّن الراحة فحسب، بل يُقدّم أيضًا قيمة طبية في الوقاية من حالات مثل التهاب اللفافة الأخمصية.

الخلاصة: الاندماج الأمثل بين الخوارزميات والضوء والحركة

لا يقتصر حرف "D" الإضافي على كونه مجرد حرف، بل يرمز إلى التحول من التصنيع بالجملة إلى التخصيص الشامل. وتُثبت تقنية Adidas 4D، ببياناتها الممتدة على مدى 17 عامًا، الإمكانات الهائلة للهياكل الميكانيكية في تحويل الطاقة. في الوقت نفسه، تُظهر شركة ARKKY، من خلال تقنية HALS، إمكانية جعل الأحذية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في متناول الجميع، وسريعة، وصديقة للبيئة.
في المستقبل، لن يكون حذاؤك الرياضي القادم مجرد قطعة مطاطية باردة، بل هيكلاً خارجياً رقمياً مصنوعاً من البيانات، ومُصنّعاً بواسطة الضوء، وقادراً على التفاعل مع خطواتك. سواءً كان ذلك بتحسين السرعة أو زيادة سرعة الجري، فإن المستفيد الأكبر هو العدّاء الذي يسعى إلى تحقيق أقصى درجات الراحة والأداء.

المراجع : يدمج هذا التحليل البيانات من أوراق عمل Adidas 4DFWD Biomechanical Whitepapers، والكتيبات الفنية Carbon DLS، وتقارير ARKKY AIHALS R&D، وبيانات المختبر المستقلة من RunRepeat.

https://www.adidas-group.com/en/media/press-releases/adidas-unveils-industrys-first-application-of-digital-light-synthesis-with-futurecraft-4d
https://www.carbon3d.com/resources/whitepaper/the-adidas-story
ما هي تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد HALS؟
https://runrepeat.com/adidas-4dfwd-3