具有功能膜的层状产品，包含这种层状产品的鞋类，以及制造方法
本发明涉及具有防水且水蒸气可渗透的膜的层状产品以及包含这种层状产品的鞋类，以及制造这种层状产品的方法。
防护服制品用于在诸如潮湿条件(例如雨、雪、风等)的户外条件下穿着，应当通过防止水或其他流体渗漏到制品中来保护穿着者同时保持穿着者舒适，例如通过允许水蒸气透过衣物到外面。此外，这种制品在正常使用时应保持保护和舒适的功能属性。
一般来说，早期的服装和鞋子要么透气但是不防水，要么防水但是不透气(如橡胶夹克或橡胶靴)。然后使用膜或层压件对衣服或鞋子的鞋面或鞋子的鞋底区域进行加衬，以使其防水且透气。此外，在某些类型的鞋中，在鞋的鞋底和/或鞋面中制造开口或孔以增加透气性。
特别是，对于鞋类物品，早些年，要么因为使用诸如皮革这样的鞋底材料，鞋子在鞋底区域具有一定的透水蒸气性，也称为透气性，但是存在鞋底区域透水的缺点，要么因为使用由防水材料如橡胶或类似橡胶的塑料制成的外底，鞋子在鞋底区域防水但是水蒸气无法透过，存在水分可在足底区域蓄积的缺点。
更近些时候，制造了足底区域防水且可透水蒸气的鞋子，这通过在其鞋底打孔而形成通孔并用防水且透水蒸气的膜覆盖通孔，使得没有水能够从外部渗透到鞋子内部，但在足底区域形成的水分能够从鞋子内部向外逸出来实现。这里有两种不同的解决方案。鞋底已经设置有垂直通孔，水蒸汽可以通过该通孔从鞋子内部引导到鞋底的行走表面，或者鞋底已经设置有水平通道，通过该水平通道，积聚在外底上方的水蒸气可以通过鞋底的侧边缘逸出。其他变型提供透气鞋面或鞋面部分的开口，其允许鞋子的水平方向上的气流，例如穿过鞋底上方鞋面的底部部分中的透气间隔结构。为了使这种鞋类防水，通常使用防水且透水蒸气的膜，不过其构成鞋的至少一部分，例如鞋底上方的部分。
在必须具有运动灵活性的情况下，需要具有上述功能属性的弹性或可拉伸的织物层压件和/或鞋面，以及柔软和可悬垂的感觉。
因此，需要一种复合材料，其在包括服装制品和鞋类在内的各种应用中实现高度的防水性、透气性、柔性和使用舒适性。
本文公开的实施方式提供了一种层状产品，其包括具有第一侧和第二侧的防水且水蒸汽可渗透的膜，该膜包含防水且水蒸气可渗透的膜材料，该层状产品还包含覆盖膜的第一侧的至少一部分的热塑性材料，并且该热塑性材料由印刷在膜的第一侧上的至少一个三维构建层形成，使得所述至少一个三维构建层的热塑性材料结合到膜的膜材料上。
利用这种层状产品，可以制造具有上述功能属性的织物、层压件和鞋面，其具有柔性和薄度，足以整合在轻质服装制品或轻便鞋类(例如运动鞋)中，以便在温和和/或苛刻的条件下穿着。然而，所述至少一个三维构建层的热塑性材料为膜提供了耐用且足够硬的部件，以形成服装制品或鞋类的外部，例如鞋类的鞋面。
因此，可以提供一种复合制品，其在包括服装制品和鞋类在内的各种应用中实现高度的防水性、透气性、柔性和使用舒适性。由于热塑性材料的所述至少一个三维构建层是通过使用3D印刷设备制造的，因此制造成本可以保持相当低。此外，通过使用3D印刷设备，可以以调整到适合于相应应用的需要的任何几何形状产生用于膜的耐用部件，例如通过选择性地将所需数量的热塑性材料构建层彼此沉积叠置，例如结合各个构建层的所需厚度和/或几何形状。特别地，热塑性材料由至少两个三维构建层形成。
根据一个实施方式，所述层状产品还包含在所述膜的第一侧和所述至少一个三维构建层之间的至少一种第一纺织品。根据另一个实施方式，所述纺织品包含纤丝。这些纤丝可包括单丝或复丝。纺织品可选自针织物、机织物或无纺织物。所述至少一个三维构建层的热塑性材料可以结合到纺织品上并穿过纺织品而有效且持久地结合到膜材料上。
根据一个实施方式，至少部分纤丝至少部分地与热塑性材料熔化在一起。因此，可以通过至少部分地熔化所述至少一种第一纺织品或其纤维的一部分(例如，包括单丝，例如聚酰胺(PA)单丝，例如聚酰胺6或66，例如用作纺织品背衬)和/或包裹纤维(例如非聚酰胺纤维)来进行有效且持久的结合。
根据一个实施方式，所述至少一种第一纺织品包含由聚酰胺(PA)制成的单丝。
根据一个实施方式，所述膜材料包含至少一种多孔膜材料，其中所述至少一个三维构建层的热塑性材料渗透到所述至少一种多孔膜材料的孔中。因此，通过渗透到例如由膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)制成的多孔膜的孔中，可以实现有效且持久的结合。
根据ASTM F316-86的流程，可以用泡点法测量多孔膜材料的孔。使用异丙醇作为润湿流体以填充测试试样的孔。报告值表示三个样品的平均测量值。泡点是将异丙醇从测试试样的最大孔中置换出来并产生第一连续气泡流所需的空气压力，所述第一连续气泡流可通过其上升通过覆盖多孔介质的异丙醇层而被检测到。该测量提供了对最大孔径的估计。
根据本发明的一个实施方式，膜材料具有小于400kPa的泡点。该尺寸允许热塑性材料充分渗透到膜的孔中以确保良好的结合。
根据一个实施方式，所述膜材料包含至少一种非多孔膜材料，其中所述至少一个三维构建层的热塑性材料与所述至少一种非多孔膜材料熔化在一起。因此，可以通过将热塑性材料与非多孔整体膜(例如，由聚氨酯(PU)制成)或其上具有整体层的多孔膜熔化在一起来实现有效且持久的结合。
上述机制的组合，特别是与在膜的第一侧和所述至少一个三维构建层之间使用至少一种第一纺织品的组合，使得结合非常牢固，由此形成持久且防水的结合。通过使用至少一种第一织物，可以增加最终结构的机械稳定性。
根据一个实施方式，所述至少一个三维构建层根据增材制造技术形成，特别是根据熔融沉积成型(FDM)技术形成。
在一个实施方式中，热塑性材料包括聚氨酯(TPU)、共聚酯(TPC)或弹性体(TPE)。
在另一个实施方式中，热塑性材料可包含以下中的至少一种：聚乳酸(PLA)，丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，聚芳醚酮(PAEK)，聚四氟乙烯(PTFE)，尼龙和基于尼龙的共聚酯，烯基琥珀酸酐(ASA)，高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，聚乙烯(PE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和乙二醇改性的PET(PETG)，DSM Arnitel Eco(怡诺士公司(Innoflex))聚丙烯(PP)，聚乙酸乙烯酯(PVA)，聚醚酮(PEK)，聚醚醚酮(PEEK)和其它热塑性弹性体，和/或它们的共混物或共聚物。材料中也可以含有填料。
根据一个实施方式，所述至少一个三维构建层形成为弹性的。特别地，所述至少一个三维构建层由弹性材料和通过形状提供弹性的材料中的至少一种形成。通过形状提供弹性意味着材料以某种图案印刷，例如类似之字形或曲折形状，其可以拉伸为例如直线。有利地，可以通过产生热塑性材料的特定图案和/或通过使用弹性适当的印刷材料来组合刚度和弹性要求。
根据一个实施方式，所述至少一个三维构建层形成为类似之字形形状。特别地，所述至少一个三维构建层形成为之字形。利用这种形状，所述至少一个三维构建层可以形成为沿其之字形延伸具有弹性。
在一个实施方式中，膜设置有至少一个接缝。例如，所述至少一个接缝是被缝合的。有利地，所述至少一个接缝被所述至少一个三维构建层覆盖，所述至少一个三维构建层在所述接缝上形成防水密封。这可以有利地在不使用接缝带的情况下进行。因此，可以进行膜和接缝的有效防水，其中可以有利地省去麻烦的接缝带的使用。
此外，通过采用3D印刷技术，可以有利地利用具有截然不同的厚度和/或可压缩性的膜或膜层压件来形成防水密封。
根据一个实施方式，膜材料包括以下所列中的至少一种：膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)，聚氨酯(PU)，聚酯(PES)和共聚醚酯，聚醚，聚酰胺(PA)，共聚醚酰胺和聚丙烯酸酯，以及其他合适的热塑性和弹性膜。在本发明的一个方面中，防水且水蒸汽可渗透的膜可以由含氟聚合物制成，特别是由微孔膨胀型聚四氟乙烯(ePTFE)制成。微孔聚四氟乙烯膜是一种膨胀型聚四氟乙烯的膜，如US 3 953 566和US 4 187 390中所教导。这种膨胀型聚四氟乙烯膜存在于以商品名
根据一个实施方式，所述至少一种第一纺织品层压在膜的第一侧上。这种层压件在本领域中是众所周知的。
在一个实施方式中，纺织品的孔隙率为至少0.5g/m2/μm。使用这种纺织品，可以实现机械稳定性、柔性和密封性能的良好组合。在另一个实施方式中，纺织品的孔隙率为至少0.7g/m2/μm，优选至少0.85g/m2/μm。在这种情况下，材料可以渗入并密封膜中可能存在的任何接缝。纺织品的开口度或孔隙率可以通过将每单位面积的重量(克/平方米)除以厚度(微米)来计算。在20kPa的载荷下测量厚度。
该膜还可以具有至少一种层压在其上的另外的纺织品，例如，在与其上具有印刷材料的一侧相对的一侧上具有另外的纺织品。
有利地，热塑性材料可以印刷在弹性层压件上。US 5 804 011公开了可在两个维度上拉伸的织物。纺织品层可以具有弹性纺织品的构造，例如可以制成具有弹性针织图案(如特里科针织物(tricot)，经编针织物或类似针织图案)的针织物。在这种情况下，纺织品不一定需要包括弹性线以提供所需的弹性特性。然而，在许多构造中，如果纺织品层包括弹性纤丝(例如由弹性纤维制成的弹性纤丝)，则可能是有帮助的，由此进一步增强纺织品层的弹性。
其上印刷有热塑性材料的膜也可以是可拉伸的。可以由材料和/或形状产生可拉伸性。
可根据DIN EN 14704-1(2005年7月)的方法A测量膜和本文提到的任何其他层(例如纺织品)的弹性或可拉伸性。测试可按其中所述进行，同时使用下列配置的测试样品：测试样品宽度＝25mm，测试样品测试长度＝50mm(测试长度是指测试样品在其相对侧的夹具之间的自由长度)，测试样品的整个长度＝100-150mm。测试样品经历5个连续的测试循环。在每个测试循环中，使测试样品经受7.5N的恒定张力，并测量测试样品的最大伸长E。除此之外，测试条件如DIN EN 14704-1(2015年7月)的方法A中所述。如果在第五个测试循环结束时，测试样品相比于其原始长度实现至少
本发明可有利地用于防水且水蒸汽可渗透的膜以三维形状形成的情况。复合件(例如鞋面)的任何外部和/或内部部件可以直接印刷在膜上。
根据一个实施方式，层状产品是鞋类的部件。特别地，防水且水蒸汽可渗透的膜形成为三维内靴、鞋垫或鞋内衬底(sock)。例如，鞋面的任何外部和/或内部部件因此可以直接印刷到内靴膜上。三维内靴、鞋垫或鞋内衬底可以是或包括形成为鞋楦或足部形状的无缝膜，其可用于制造内靴、鞋垫或鞋内衬底，并且例如在WO2015/123482中有所描述。
根据一个实施方式，所述三维内靴在其底部部分具有至少一个接缝，其中所述至少一个接缝被所述至少一个三维构建层覆盖，所述至少一个三维构建层形成所述至少一个接缝的防水密封。因此，可以进行靴底的有效防水和密封，其中可以有利地省去接缝带的使用。
在一个优选的实施方式中，所述至少一个三维构建层还在内靴的底部部分形成鞋底。有利地，因此可以在一个制造步骤中形成底部密封和鞋底。
根据另一方面，提供了一种鞋类物品，其包括鞋面和鞋底，其中鞋面包括根据本文所述的方面和实施方式的层状产品。
根据优选的实施方式，鞋面包括外部材料，并且层状产品形成外部材料的至少一部分。根据另一实施方式，鞋面包括鞋底上方的底部部分，其中底部部分至少部分地由热塑性材料形成。根据另一实施方式，鞋底至少部分地由热塑性材料形成。有利地，以这种方式可以形成部分或完整的鞋面和鞋底。
根据另一方面，提供了一种制造如本文所述的层状产品的方法，其中热塑性材料从分配器选择性地沉积在膜的第一侧上。
特别地，根据一个实施方式，提供的热塑性材料在离开分配器时具有210℃至250℃的温度。
根据一个实施方式，分配器放置在距离膜的印刷表面0,00-0,15mm的距离处或放置在距离第一纺织品的印刷表面0,05-0,15mm的距离处。
下面将通过附图中示出的示例性实施方式更详细地描述本发明。
图1显示了根据本公开实施方式的层状产品的示意图，
图2显示了根据一个实施方式的使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的制造设备和由其制造的层状产品(在此为鞋面的形式)的示意图，
图3显示了根据一个实施方式的使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的另一种制造设备和由其制造的层状产品(在此为在鞋类内靴上形成的底层的形式)的示意图，
图4显示了根据一个实施方式的使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的另一种制造设备和由其制造的层状产品(在此为作为鞋面形成的内靴的形式)的示意图，
图5显示了根据一个实施方式，印刷到并结合到非多孔膜材料(例如PU膜层)上的热塑性材料的横截面图，
图6显示了根据一个实施方式，印刷到并结合到多孔膜材料(例如ePTFE膜层)上的热塑性材料的横截面图，
图7显示了根据一个实施方式，印刷到并结合到纺织品层(在此为包含由聚酰胺制成的单丝的纺织品层)上的热塑性材料的横截面图，
图8通过未张紧状态(图8A)和张紧状态(图8B)时的形状显示了形成为弹性的热塑性材料的一个实施方式。
图1显示了根据本公开实施方式的层状产品1的示意图。根据示出了第一实施方式的图1A，层状产品1包括防水且水蒸气可渗透的膜4，其具有第一侧41和第二侧42。在本实施方式中，第一侧和第二侧没有被任何附加层(例如相应的纺织品层)覆盖而形成通常已知的2层或3层膜层压件。膜4可以具有整体结构，即，可以由一种防水且水蒸汽可渗透的膜材料40制成。根据其他实施方式，防水且水蒸气可渗透的膜4可包括多层或复合结构，例如，可以用不同种类的材料制造，例如具有至少一层多孔膨胀型聚四氟聚合物(ePTFE)和在多孔ePTFE层的一侧上的连续的聚氨酯(PU)层，如本领域公知和使用的那样。
根据图1B，膜4在膜4的第一侧41上包括至少一种第一纺织品5。因此，膜是已知的2层层压件的一部分，在其一侧上具有至少一个纺织品层5。根据其他实施方式，取决于具体的应用，第二纺织品层(未示出)可以布置在膜4的第二侧42上。例如，第一纺织品5包括单丝聚氨酯针织物。
在图1A和1B所示的两个实施方式中，热塑性材料3覆盖膜4的第一侧41的至少一部分。例如，热塑性材料3形成连续层或不连续层，例如，在膜4的第一侧41上提供特定的图案或结构。热塑性材料3由至少一个三维构建层3-1至3-n形成，在图1的本实施方式中，由四个三维构建层3-1至3-4形成(也参见图7)，其通过相应的虚线示意性地示出。也就是说，热塑性材料3的最终层或结构由一个或多个三维构建层3-1至3-n形成，所述三维构建层分别包括热塑性材料。特别地，在大多数情况下，热塑性材料3由至少两个三维构建层3-1至3-n形成。
特别地，一个或多个三维构建层3-1至3-n各自通过3D印刷技术形成。与诸如丝网印刷和凹版印刷的常见印刷技术相比，由3D印刷机(采用3D印刷技术的印刷机)形成的构建层至少部分地由热塑性材料形成，并且通常是逐层结构的一部分，其中一个构建层形成在另一个构建层上(有点层堆叠布置的形式)。许多3D印刷机使用增材逐层方法来构建三维部件或结构。
术语“三维印刷”、“3D印刷机”，“印刷”等通常描述用于通过选择性沉积、喷射、熔融沉积成型和本领域已知的或将来可能知晓的其他技术来制造三维(3D)结构或物体(在此形成在膜上)的各种制造技术，这些技术使用构建材料或印刷材料来制造三维结构或物体。特别地，术语“三维构建层”应表示通过这些制造技术形成的任何种类的层。
示例性3D印刷系统和由其制造的物体尤其在以下参考文献中公开：
在US 2016/0185041 A1中，热塑性3D物体直接印刷到可渗透材料上并具有高强度结合。为了改善3D物体与可渗透材料的粘附性，直接印刷到可渗透材料上的液体热塑性材料的结合层可以在改进的3D印刷机设置下沉积，所述设置可以包括比正常的材料沉积温度更热的温度。用于实现这种高结合强度所需的温度范围为250℃至270℃。将液体热塑性材料的另外的构建层印刷在结合层上以完成3D物体的制造。在一些实施方式中，热塑性材料可以直接印刷到可渗透材料上。可渗透材料可以是具有孔、凹槽、开口通孔或通路的任何材料或结构，其允许用于印刷3D物体的液态热塑性材料至少部分地通过或至少部分地被吸收。可渗透材料可包括任何多孔材料、纺织品、织物、针织物、机织材料、网状物、聚合物、橡胶、泡沫材料等。材料可以是柔性布、片材、层和其他结构的形式，其具有可使液态热塑性材料至少部分通过的孔、凹槽、开口通孔或通路。然而，该文献中教导的可渗透材料不是那些具有防水性和水蒸气可渗透性的材料，即，不是微孔的或连续的膜层，例如不是防水且水蒸气可渗透的ePTFE和PU膜层。
US2016/0192741A1教导了通过以下方式产生鞋内底形状：提供芯增强纤丝，所述芯增强纤丝具有布满沿着纤丝排列的增强股线的基质材料，以及与芯增强纤丝分开的填料，并且在印刷床上的内底形状中沉积至少一个填料壳。沉积芯增强纤丝以熔合到在相对于内底形状形成的第一增强区域内的填料中。喷嘴尖端上游的切割器切割芯增强纤丝，并且沉积芯增强纤丝的其余部分以完成第一增强区域。当芯增强纤丝熔合到填料时，喷嘴尖端施加压力以使芯增强纤丝朝向内底形状连续压实。
US 9 474 331公开了一种鞋类制品，其具有通过三维印刷机设置在制品上的印刷结构。印刷结构包括延伸部分和紧固件接收部分。延伸部分至少部分地嵌入鞋面中。紧固件接收部分至少部分地与鞋面的外表面间隔开。
US2015/0320138A1公开了一种具有使用快速制造技术产生的三维(3-D)表面纹理的鞋。在用户界面上呈现多个3-D表面纹理选项。每个选项与要应用于鞋子的一部分的多个3-D表面纹理中的一个相关联。接收供选择的3-D表面纹理并且部分地用于生成设计文件。设计文件用于指令快速制造装置使用快速制造技术制造包括3-D表面纹理的鞋的部分。
如本领域普通技术人员所理解并且如本文进一步描述的，根据本发明实施方式的3D印刷可包括选择性地沉积流体构建或印刷材料的层以在膜上形成3D结构。通常，流体印刷材料可以通过分配器沉积，分配器可以是加热的喷嘴，通过该加热的喷嘴供给纤丝印刷材料以使纤丝印刷材料大致熔化并从分配器的出口分配印刷材料以形成相应的构建层。
在本发明的一个实施方式中，相应的构建层3-1至3-n的高度可以是至少0.05mm。通常，相应的构建层3-1至3-n的高度约为0.1mm。这种相应的构建层应理解为形成如本文所述的三维构建层。根据一些实施方式，如图1和7所示，利用四个构建层3-1至3-4彼此叠置，可以生产高度为0.4mm的热塑性材料层3。
每个单独的构建层的厚度可以根据相应的应用而变化。同样，每个构建层的宽度和/或长度可以变化。例如，分配器可具有各种喷嘴(或可配备有各种可更换喷嘴)，所述喷嘴具有各种直径/宽度，通过该喷嘴将印刷材料以各种构造印刷到印刷表面上。
根据一个实施方式，一个或多个三维构建层3-1至3-n各自根据增材制造技术形成，特别是根据熔融沉积成型(称为FDM)技术形成。
将三维构建层3-1至3-n中的每一个构建层印刷到膜4的第一侧41上，使得构建层(特别是最下面的构建层3-1)的热塑性材料3被结合到膜的膜材料40上。这也在下面参考图5-7更详细地解释，图5-7更详细地示出了这一点。在图1A的实施方式中，将热塑性材料3印刷到膜4上，使得最下面的构建层3-1的热塑性材料3直接与膜材料40接触。在图1B的实施方式中，通过将热塑性材料3印刷到第一纺织品层5上来将热塑性材料3印刷到膜4上，使得最下面的构建层3-1的至少一部分热塑性材料通过透入纺织品层5而与膜材料40接触。在两个实施方式中，如下面更详细解释的，构建层3-1至3-n的热塑性材料与膜材料40的结合非常牢固。
现在参考图2，其示出了使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的制造设备(图2A)和由其制造的层状产品的示意图，根据相应的实施方式，层状产品在此是鞋100和鞋面101的形式。图2A中所示的设备包括平台71，其上放置有待被印刷上层或结构的包括纺织品层(图中未示出)的膜4。如本领域普通技术人员所公知的，所采用的3D印刷可包括选择性地沉积构建或印刷材料的层以形成特定结构的三维构建层。在此，热塑性印刷材料具有纤丝结构并存储在线轴72上，使得热塑性材料的纤丝73从线轴72中拉出并送到分配器74，分配器74包括印刷头和加热喷嘴。这样，热的热塑性材料3可以通过分配器74沉积到膜4上，其中纤丝印刷材料73通过加热喷嘴供给，以使纤丝印刷材料大致熔化并从分配器74的出口分配印刷材料到膜4上。分配器74放置在距离膜的印刷表面0.00-0.15mm的距离处，或放置在距离第一纺织品的印刷表面0.05-0.15mm的距离处。
如图2B和2C所示，这样制造的层状产品1可用作鞋类，特别是鞋100的部件。例如，层状产品1是鞋100的鞋面101的一部分。在制造过程中，包括膜4的鞋面101可以如图2B所示二维地形成，并且以二维形式放置在平台71上，用于通过热塑性材料3形成结构，例如钉状图案、网状结构或其他图案等，如图所示。一旦在根据图2A的设备中形成了结构，包括膜4的鞋面101可以形成为三维形状以用于形成鞋100。在本实施方式中，鞋面101包括外部材料102，制造的层状产品1形成外部材料102的至少一部分。例如，外部材料102的至少一个或多个部分可以由层状产品1制造，使得层状产品1在这些部分中形成外部材料102。根据其他实施方式，外部材料102的至少一个或多个部分包括复合材料或多层布置，其中这种复合材料或多层布置中的一个部件或层可以是层状产品1。
根据另一实施方式，鞋100的鞋底103也可至少部分地由热塑性材料3形成。特别地，这种鞋底103可由多个三维构建层形成，所述多个三维构建层彼此叠置，并且根据类似于关于图2A所述的方法或其它3D印刷方法，将其印刷到鞋底侧的膜4上。
图3显示了根据一个实施方式的使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的另一种制造设备和由其制造的层状产品1(在此为在鞋类内靴上形成的底层的形式)的示意图。根据图3A的设备类似于图2A的设备，因此将不再详细地解释用于3D印刷的示例性部件。与根据图2A的设备不同，热塑性材料3印刷在三维物体的表面上，这里的三维物体是鞋类的内靴200的形式。内靴200安装在鞋楦(未示出)上，使得热塑性材料3不印刷在如图2A中的平台的(绝对)平坦表面上，而是印刷在安装在鞋楦上的三维形成的内靴200的底部部分的准平坦表面上。为此，与根据图2的方法相比，印刷设备需要对其控制软件进行一些修改，因为分配器74还进行(轻微)垂直移动以补偿内靴底部表面中的任何高度不规则。
在该实施方式中，防水且水蒸气可渗透的膜4(例如，如关于图1所述)形成为三维内靴200。例如，膜4和内靴200可分别根据通常已知的方法制造，例如通过将膜4的各个部分缝合在一起以形成具有鞋的形式的三维内靴200，或者通过将膜4整体形成为三维形式。在本实施方式中，三维内靴200在内靴200的底部部分201上具有至少一个接缝150。例如，接缝150被缝合并围绕内靴的底部部分201设置，一旦形成为鞋100，该底部部分201也形成穿着者脚下方的鞋面的底部部分(参见图2C)。例如，接缝150将布置在穿着者脚底下方的内靴的底层210(例如由其上具有无纺织物的膜制成)与内靴的相应侧层211、212连接，所述相应侧层211、212形成内靴和鞋面的鞋统部分。底部部分201可以是膜和纺织品的防水且水蒸汽可渗透的层压件(例如，在鞋类的鞋底如鞋底103，或鞋类的鞋面材料的底部侧部分具有一个或多个开口和/或通道用于增加透气性的实施方式中)，或者可以是防水且不透气的材料。
根据其他实施方式，底部部分201可以保持开放，使得内靴200在其底部开放。然后，例如，内靴的鞋统部分可以附接到鞋面的内鞋底或者附接到外鞋底。
在一个优选的实施方式中，一个或多个接缝150被至少一个三维构建层3-1至3-n覆盖，所述三维构建层形成接缝150的防水密封(参见图7中的防水密封30)。例如，构建层3-1至3-n中的一个或多个可以仅覆盖接缝150周围的区域(覆盖接缝150，包括在接缝150的每侧上的一些侧延伸以产生用于密封的“预热”区域，即，从侧面产生防水性的过渡区域(密封边缘)，参见图7，其具有非常低的密封边缘31，例如0.7mm)。如果接缝150以之字形方式缝合，如图3C所示，则密封接缝150的构建层3-1至3-n中的一个或多个也可具有之字形形状的形式。
根据另一个实施方式，构建层3-1至3-n中的一个或多个可以覆盖内靴200的底部部分201的宽度和/或长度，如图3C所示。在这样的实施方式中，一个或多个三维构建层3-1至3-n还可以在内靴200的底部部分201上形成鞋底202，如图3B所示，或者如图3C所示的形成部分鞋底层。也就是说，这种鞋底202在内靴的底部部分201上形成结构鞋底层，同时防水性地密封其接缝150。根据另一实施方式，再次参见图2C，鞋底103上方的鞋面101的底部部分至少部分地由热塑性材料3形成。所有上述实施方式具有不需要本领域常用的密封带的优点，因为密封完全可以通过印刷的热塑性材料3建立。这可以使制造过程中成本大幅降低。
图3D示出了内靴200的另一个实施方式，该内靴200是由无缝膜制成的内靴。特别地，三维内靴200可以是或包括形成为鞋楦或足部形状的无缝膜，其可用于制造内靴、鞋垫或鞋内衬底，并且例如在WO2015/123482中有所描述。
图4显示了根据一个实施方式的使用采用FDM印刷技术的3D印刷机的另一种制造设备和由其制造的层状产品1(在此为作为鞋面形成的内靴200的形式)的示意图。在该实施方式中，如参照图3所述，热塑性材料3不仅可以印刷在三维物体(例如内靴200)的平坦表面上，而且也可以印刷在内靴200的其他部分，例如印刷在鞋底上方的鞋统区域。内靴200可以是有缝的(通过将膜和/或层压件的边缘缝合在一起而形成)或无缝的，例如由一个连续的未破损的膜或层压件产生无缝的情况。例如，图2B中所示的鞋面101的图案被印刷到根据图2A的平坦表面上的鞋面101上，在内靴200被放置在鞋楦上(未明确显示)时，该图案可以被印刷到内靴200的三维表面上。为此，制造组件还可以采用机器人300，其通过在6个自由度上的可移动性(例如，使用所谓的3+3轴3D印刷机，即，具有3个平移轴和3个旋转轴)，能够在安装在鞋楦上的内靴上形成三维印刷鞋面并且在鞋面的底部部分下方形成鞋底。机器人300设置有3D印刷组件，如图4A中示意性所示。例如，分配器74是机器人臂301的一部分或安装在机器人臂301上，机器人臂301可在6个自由度上移动(例如，在3个平移方向和3个旋转方向上)，能够沿着安装在鞋楦上的内靴200的表面移动并围绕该表面移动。这样的沉积过程类似于图2和3的沉积过程。
现在参看图5，其示出了根据一个实施方式的印刷到非多孔膜材料40a上并与其结合的热塑性材料3的横截面图。例如，膜材料由PU膜层形成或包括PU膜层，该PU膜层是连续的，但是如本领域公知和使用的，该PU膜层是防水且水蒸气可渗透的。例如，膜是具有多孔ePTFE层(图5中以亮色显示)和层压在ePTFE层上的PU层的复合膜。热塑性材料3从两侧印刷到复合膜上。从图5中可以看出，通过将多个构建层3-1至3-n以彼此叠置的方式印刷而形成的热塑性材料3与PU膜材料40a一起熔化，使得在接合区域处形成防水密封。
图6显示了根据一个实施方式，印刷到多孔膜材料(例如ePTFE膜层)上并与之结合的热塑性材料3的横截面图。如在图6中所示的结合区域60中可以看到的，通过彼此叠置地印刷多个构建层3-1至3-n而形成的热塑性材料3渗透到多孔膜材料40b的孔中。例如，渗透深度可以是1至3μm(从多孔层的表面测量)，这提供了良好的密封性能。在本实施方式中，结合深度在约1至2.5μm的范围内。为了实现这种渗透，分配器应该产生足够的压力，例如通过如本文所述适当地调节印刷头到印刷表面的距离来实现。
图7显示了印刷到纺织品层5上并与之结合的热塑性材料的横截面图，其中所述纺织品层5结合在膜4上。在该实施方式中，纺织品层5包括单丝51的布置，例如由聚酰胺制成的单丝针织物。热塑性材料3通过在纺织品层上印刷多个构建层来形成，在该实施方式中，印刷四个彼此叠置的构建层3-1至3-4。从图7中可以看出，由此形成的热塑性材料3至少部分地与单丝51熔化在一起，并且还至少部分地渗透到膜4，使得在接合区域中形成防水密封30。单丝针织物和3D印刷的热塑性材料构成均匀的连续统一体。根据一个实施方式，如上所述，用于形成防水密封的“预热”区域31(密封边缘)可以具有0.6至0.8mm的范围。与通常使用接缝带相关的密封边缘相比，这种密封边缘有利地相当低。
在关于图5至7描述的每个实施方式中，热塑性材料3可包括聚氨酯(TPU)、共聚酯(TPC)和弹性体(TPE)或尼龙中的至少一种。也可以使用其他热塑性材料。
图8通过未张紧状态(图8A)和张紧状态(图8B)中的形状和图案显示了形成为弹性的热塑性材料3的一个实施方式。
有利地，热塑性材料3可以印刷在弹性层压件上以支承功能性。纺织品层可以具有弹性纺织品构造，例如通过弹性针织图案和/或包括弹性纤丝(例如由弹性纤维制成)而具有弹性纺织品构造。其上印刷有热塑性材料的膜也可以是可拉伸的。可以由材料和/或形状产生可拉伸性。
根据一个实施方式，热塑性材料也形成为弹性的，即，材料本身是弹性的。因此，热塑性材料可以遵循层压材料的弹性。在另一个实施方式中，除了使用弹性热塑性材料之外或作为其替代，热塑性材料3通过形状形成为弹性的。在图8所示的本实施方式中，弹性由热塑性材料的之字形形状产生。如图8B所示，之字形形状的材料可以张紧并缩回(或几乎缩回)到其如图8A所示的原始形状。
除了图8中所示的示例性形状之外，具有更大或更低弹性的其他形状也是可能的。采用3D印刷工艺将热塑性材料印刷到膜材料上，通过材料和形状/几何形状提供了广泛的功能改变。通过这种方法可以产生柔性但非常坚硬的结构，以保持所用膜和膜层压件的柔性。
以下是在印刷方法的实施方式中可能使用的参数的例子：
印刷机：德国RepRap X350 Pro
层压件：厚度0,7毫米，ePTFE膜，粘附到印刷侧上的100％单丝PU针织物和另一侧上的具有30％PES和70％PA的复丝针织物上
印刷材料：Ninjatec SemiFlex(TPU)
相关印刷参数：
喷嘴温度：第一层240℃，之后的层230℃
床温：60℃(其上放置内靴的表面被加热到的温度)
Z偏移：0,8mm(层压件厚度+0,1mm)(分配器在床表面上方的距离)
层高：0,1mm
喷嘴直径：0,25mm
印刷速度：25mm/s
如本文所用，关于膜的水蒸汽渗透性(WVP)，可以如EN ISO 15496(2004)中所定义的那样进行测试，也称为“杯测试”。将待测试的20×20cm或
如果所研究的材料的100cm2样品能够承受至少0.05巴的进水压力，则膜或层压件，即，结合到纺织品上的膜可以被认为是防水的。特别地，该材料甚至可以承受至少1巴的水压。进行该测试的方法描述于ISO标准811号(1981)(EN 20811(1992))中。通过将所研究的材料的100cm2样品暴露于升高的水压来进行测量。为此，使用温度为20±2℃的蒸馏水。水压的上升为60±3cm H2O/分钟。所研究样品的进水压力是水通过所研究样品的另一侧的压力。如果不能获得100cm2样品，则可以使用较小的样品进行测量。样品大小和进水压力之间存在线性相关性，因此可以计算100cm2样品的进水压力。
关于根据一些实施方式在此使用的第一纺织品，例如图1中所示的纺织品5，根据各种实施方式，可以使用针织物、机织物或无纺织物中的任一种，使用单丝或复丝纤维。
