Le scarpe stampate in 3D devono adattarsi al piede in movimento, non soltanto alla sua forma statica
La scansione del piede rappresenta il punto di partenza, non il risultato finale
La produzione additiva sta modificando il modo in cui possono essere progettate e fabbricate le calzature. Aziende come Zellerfeld hanno dimostrato che è possibile produrre una scarpa completa attraverso la stampa 3D, mentre adidas, Carbon e Materialise hanno sviluppato progetti nei quali la manifattura additiva viene utilizzata per realizzare intersuole con strutture reticolari e proprietà meccaniche definite digitalmente.
La possibilità di produrre ogni paio senza ricorrere agli stessi stampi utilizzati dall’industria tradizionale apre uno spazio concreto alla personalizzazione. Una scarpa potrebbe essere adattata alla lunghezza, alla larghezza, al volume e alle asimmetrie dei piedi di una determinata persona.
Una scansione tridimensionale eseguita mentre il cliente rimane fermo, tuttavia, descrive soltanto una delle numerose configurazioni assunte dal piede. Durante la camminata o la corsa cambiano la distribuzione del peso, l’altezza dell’arco plantare, l’apertura dell’avampiede, la posizione del tallone e la pressione esercitata dalle singole zone della pianta.
Una scarpa costruita come copia rigida di una scansione statica potrebbe quindi aderire correttamente al piede durante la prova, ma risultare troppo stretta, troppo cedevole o poco stabile durante il movimento. Per ottenere una personalizzazione funzionale non basta conoscere la forma del piede: occorre descrivere come quella forma cambia sotto carico.
Le differenze tra scarpe stampate in taglie standard e scarpe personalizzate
Nel settore delle calzature stampate in 3D si possono distinguere due modelli produttivi.
Il primo utilizza taglie prestabilite. La manifattura additiva sostituisce alcuni processi convenzionali, ma il cliente continua a scegliere tra numeri e vestibilità definite dal produttore. La scarpa può essere prodotta come un unico componente o può includere strutture interne difficili da ottenere con stampi e schiume, senza essere costruita sulle caratteristiche del singolo utilizzatore.
Il secondo modello prevede una personalizzazione geometrica. Zellerfeld, per esempio, permette al cliente di acquisire informazioni sui piedi attraverso fotografie effettuate con uno smartphone. Zellerfeld utilizza questi dati per creare un profilo di calzata e adattare il prodotto ordinato.
Questa procedura può offrire più informazioni rispetto alla sola indicazione della taglia, soprattutto quando il piede destro e il piede sinistro presentano lunghezze o volumi differenti. Non registra però l’intero comportamento biomeccanico del piede durante il passo.
Il livello successivo sarebbe rappresentato da una personalizzazione dinamica, nella quale il modello della scarpa viene elaborato utilizzando sia la geometria sia i dati relativi alla camminata, alla corsa, alle pressioni plantari e alla deformazione dei tessuti.
Perché il piede cambia quando viene caricato
Il piede umano non è una struttura rigida. Ossa, articolazioni, muscoli, legamenti, fascia plantare, tessuto adiposo e pelle reagiscono alle forze generate dal contatto con il terreno.
Quando il corpo trasferisce il proprio peso su un piede, l’arco plantare tende ad abbassarsi, l’avampiede si allarga e i tessuti del tallone si deformano. Durante la fase di spinta, le articolazioni delle dita e la parte anteriore del piede assumono configurazioni diverse rispetto a quelle osservate mentre la persona rimane ferma.
Uno studio condotto su pazienti con diabete ha confrontato la forma del piede in condizioni prive di carico, con carico parziale e con circa l’80% del peso sostenuto da un solo piede. I ricercatori hanno rilevato variazioni consistenti nell’ampiezza dell’avampiede, nell’altezza della zona mediale, nelle rotazioni delle diverse sezioni e nell’area della pianta a contatto con la superficie.
I valori di quella ricerca non possono essere trasferiti automaticamente a tutta la popolazione, perché il campione presentava caratteristiche cliniche specifiche. Il risultato generale resta però rilevante per la progettazione: la geometria acquisita senza carico non coincide con quella presente durante l’appoggio.
Anche una scansione effettuata in piedi descrive una situazione incompleta. Nella camminata il carico si sposta dal tallone all’avampiede e infine alle dita. Ogni fase produce una combinazione diversa di pressioni, allungamenti e variazioni della forma.
La scansione 4D aggiunge il tempo alla geometria tridimensionale
Una scansione 3D tradizionale produce un modello della superficie acquisita in un determinato istante. La scansione 4D registra invece una sequenza di modelli tridimensionali nel tempo.
Un sistema 4D può documentare l’ingresso del tallone, il contatto dell’avampiede, il sollevamento del tallone e la fase finale di spinta. Il risultato non è una sola mesh, ma una successione di geometrie che descrive il comportamento del piede.
3dMD sviluppa sistemi per la cattura tridimensionale e temporale del corpo umano, compresa la linea 3dMDfoot. La tecnologia di 3dMD utilizza più telecamere sincronizzate per ricostruire superfici dense durante il movimento, senza limitarsi a seguire pochi marcatori applicati sulla pelle.
Una ricerca della Hong Kong Polytechnic University ha utilizzato un sistema di 3dMD per acquisire il piede durante la camminata. Il sistema impiegato nello studio registrava immagini tridimensionali a 40 fotogrammi al secondo e permetteva di osservare sia la superficie superiore sia quella plantare.
I ricercatori hanno riscontrato che lunghezza e circonferenza raggiungevano le deformazioni maggiori in una fase differente rispetto alla larghezza. Il piede, quindi, non si espande in modo uniforme: ogni dimensione segue un andamento collegato alla fase del passo.
Per la progettazione delle calzature questo significa che non esiste un’unica maggiorazione da applicare a tutta la forma. La zona delle dita, l’avampiede, l’arco e il tallone richiedono spazi e proprietà meccaniche differenti.
La pressione plantare è importante quanto la forma
Due persone con piedi geometricamente simili possono distribuire il carico in modo diverso. Una può esercitare una pressione elevata sul tallone, mentre un’altra può concentrare il carico sotto le teste metatarsali o lungo la parte esterna del piede.
La scansione della superficie non permette di ricostruire con certezza queste differenze. Per questo motivo i laboratori di biomeccanica e i centri ortopedici utilizzano piattaforme pedobarografiche e solette dotate di sensori.
Aziende come novel GmbH producono sistemi per misurare la pressione plantare statica e dinamica. Questi strumenti registrano il valore, la posizione e la durata del carico durante il passo. Possono inoltre calcolare la traiettoria del centro di pressione, mostrando come la forza si sposta dal tallone verso le dita.
Nel contesto delle scarpe stampate in 3D, una mappa pressoria potrebbe essere trasformata in una mappa delle proprietà meccaniche. Le zone sottoposte a carichi elevati potrebbero ricevere strutture più morbide o progettate per distribuire la pressione, mentre altre aree potrebbero essere irrigidite per aumentare la stabilità.
Questo approccio è particolarmente interessante per plantari e calzature terapeutiche. Nei pazienti a rischio di ulcerazioni, infatti, ridurre la pressione massima in una zona specifica può essere più importante che riprodurre con precisione millimetrica la superficie del piede.
Intelligenza artificiale e sensori ridotti potrebbero semplificare l’acquisizione
Un sistema completo composto da scanner 4D, telecamere sincronizzate, piattaforme di pressione e strumentazione per l’analisi del movimento può essere utilizzato in un laboratorio, ma risulta difficile da inserire in ogni negozio di calzature.
Una possibile soluzione consiste nel combinare una scansione tridimensionale con un numero ridotto di sensori e utilizzare un modello di intelligenza artificiale per stimare le informazioni mancanti.
Uno studio pubblicato nel 2026 ha analizzato la possibilità di ricostruire le pressioni plantari della fase di appoggio utilizzando la geometria tridimensionale del piede e alcuni punti di pressione. La ricerca, realizzata con il coinvolgimento della University of Queensland, di Healthia e di iOrthotics, indica che una scansione statica può diventare più utile quando viene associata a pochi dati biomeccanici selezionati.
Questo scenario potrebbe ridurre la complessità delle future postazioni di acquisizione. Il cliente potrebbe eseguire una scansione, camminare su una breve pedana o indossare una soletta sensorizzata per alcuni passi. Il software elaborerebbe quindi un modello dinamico senza richiedere una struttura di motion capture completa.
Per passare dalla ricerca a un sistema commerciale saranno necessari campioni più ampi, protocolli standardizzati e verifiche su persone con età, corporature, patologie e stili di camminata differenti.
Gli scanner commerciali misurano già molto più della lunghezza
Volumental fornisce scanner tridimensionali e sistemi di raccomandazione della calzata utilizzati nei negozi. Gli scanner di Volumental acquisiscono entrambi i piedi e generano misure relative non soltanto alla lunghezza, ma anche alla larghezza, all’altezza e al volume.
Volumental combina le scansioni con dati sulle calzature e sugli acquisti per suggerire modelli e taglie compatibili con la forma del cliente. Questo tipo di piattaforma affronta un problema importante: una taglia indicata da due produttori non corrisponde necessariamente allo stesso volume interno o alla stessa forma.
SHINING 3D propone invece FootStation 2, un supporto destinato agli scanner EinScan H ed EinScan H2. SHINING 3D ha progettato FootStation 2 per acquisire nello stesso processo la parte superiore e la superficie plantare del piede, producendo file utilizzabili nei programmi per ortesi, plantari e calzature su misura.
Le soluzioni di Volumental e SHINING 3D sono orientate soprattutto alla geometria statica. Possono costituire una componente di un sistema dinamico, ma dovrebbero essere integrate con informazioni sul carico e sul movimento.
3dMD si colloca invece nell’ambito della cattura temporale della superficie corporea. Una futura postazione commerciale potrebbe utilizzare tecnologie derivate dai sistemi di 3dMD, semplificate per ridurre costi, spazio occupato e tempi di elaborazione.
La stampa 3D permette di trasformare i dati in proprietà meccaniche
La personalizzazione dinamica avrebbe un valore limitato se la produzione permettesse di modificare soltanto la forma esterna della scarpa. Le tecnologie additive consentono invece di intervenire sulla struttura interna.
Carbon utilizza il processo Digital Light Synthesis e materiali elastomerici per produrre componenti reticolari. Attraverso Carbon Design Engine, progettisti e ingegneri possono controllare la geometria delle celle, la densità e il comportamento meccanico di zone diverse dello stesso componente.
La collaborazione tra adidas e Carbon ha portato alla produzione delle intersuole adidas 4D. In questo caso i dati e la simulazione non vengono impiegati per costruire una copia del piede di ogni cliente, ma per definire strutture funzionali riproducibili su scala industriale.
Il progetto Futurecraft 3D di adidas e Materialise aveva già esplorato l’idea di collegare scansione del piede, dati di pressione e intersuola personalizzata. Materialise contribuì alla progettazione della struttura e alla gestione digitale della produzione, mentre adidas presentò il concetto di una calzatura adattata ai dati dell’atleta.
Carbon collabora anche con Vivobarefoot per la piattaforma VivoBiome. Vivobarefoot utilizza scansioni individuali del piede per produrre sandali personalizzati attraverso la tecnologia di Carbon. Il progetto dimostra come scansione e manifattura additiva possano essere collegate in un flusso commerciale, anche se la personalizzazione dinamica completa richiede dati ulteriori rispetto alla forma acquisita.
Zellerfeld affronta il problema da un’altra direzione, producendo l’intera scarpa in materiale polimerico attraverso una piattaforma automatizzata. La costruzione monomateriale e l’assenza di cuciture tradizionali consentono a Zellerfeld di modificare contemporaneamente forma, spessore e comportamento delle diverse zone.
La scarpa ideale non deve replicare il piede
La personalizzazione non dovrebbe essere interpretata come la creazione di un involucro che segue ogni dettaglio della scansione.
Una calzatura deve lasciare alle dita lo spazio necessario per estendersi, permettere la flessione dell’avampiede, trattenere il tallone senza comprimerlo e accompagnare la variazione dell’arco plantare. Deve inoltre tenere conto delle calze, dell’aumento di volume del piede durante l’attività e delle preferenze dell’utilizzatore.
Un corridore può preferire una calzatura stabile, mentre un altro può privilegiare una maggiore libertà di movimento. Una scarpa destinata a una passeggiata urbana richiede caratteristiche differenti rispetto a una scarpa utilizzata per una maratona, un sentiero o un’attività lavorativa prolungata.
Il modello digitale dovrebbe quindi rappresentare non soltanto il piede, ma l’interazione tra piede, scarpa, terreno e attività prevista.
La personalizzazione richiede prove e correzioni
Il designer e imprenditore Janne Kyttanen ha evidenziato un limite commerciale importante: per ottenere una calzatura ben adattata potrebbero essere necessarie più iterazioni.
La prima versione può rivelare punti di pressione, instabilità o rigidità non previste dal modello digitale. Una seconda versione può correggere questi problemi, ma richiede una nuova produzione e una nuova prova.
Nel settore tradizionale il cliente può indossare diversi modelli presenti in negozio e scegliere quello percepito come più comodo. In un sistema completamente personalizzato, invece, il prodotto viene realizzato dopo la raccolta dei dati. Se il risultato non è corretto, il produttore deve modificare il progetto e fabbricare un’altra coppia.
La sfida per Zellerfeld e per le altre aziende interessate alla personalizzazione additiva consiste quindi nel ridurre il numero delle prove. Il sistema deve prevedere con sufficiente precisione come una determinata geometria e una determinata struttura si comporteranno sul piede del cliente.
Per raggiungere questo obiettivo occorrono modelli basati su grandi quantità di dati reali, prove sui materiali, simulazioni e sistemi capaci di collegare la sensazione soggettiva di comfort a parametri misurabili.
Il comfort non può essere calcolato con un solo indicatore
Il comfort dipende dalla pressione, dalla temperatura, dalla traspirazione, dall’attrito, dal peso della calzatura, dalla stabilità e dalla risposta del materiale.
Una scarpa può distribuire bene il carico ma trattenere troppo calore. Un’altra può avere la lunghezza corretta ma comprimere l’avampiede durante la spinta. Una struttura molto morbida può risultare confortevole durante una prova breve e poco stabile durante un utilizzo prolungato.
La stampa 3D permette a Carbon, Zellerfeld e alle altre aziende del settore di modificare molte di queste caratteristiche attraverso la geometria. Non elimina però la necessità di prove fisiche.
I modelli numerici devono essere validati con test di compressione, flessione, fatica e durata. Le calzature devono inoltre essere provate da persone che svolgono l’attività per la quale sono state progettate.
Un possibile processo di acquisto per le calzature personalizzate
Una postazione dedicata alle scarpe stampate in 3D potrebbe iniziare con una scansione statica effettuata attraverso una tecnologia di Volumental, SHINING 3D o un sistema equivalente.
Il cliente potrebbe quindi camminare o correre su una pedana sensorizzata fornita da novel GmbH oppure utilizzare una soletta dotata di sensori. Per applicazioni sportive, alcune telecamere potrebbero registrare la posizione di caviglia, ginocchio e anca.
Un sistema derivato dalle tecnologie di 3dMD potrebbe acquisire le deformazioni tridimensionali del piede durante alcune fasi del passo. Un software di intelligenza artificiale combinerebbe forma, movimento e pressione, generando un modello funzionale.
Il software dovrebbe poi tradurre i dati in parametri produttivi: spazio interno, posizione della linea di flessione, contenimento del tallone, sostegno dell’arco, rigidità laterale e densità delle strutture ammortizzanti.
Carbon, Materialise o una piattaforma proprietaria di Zellerfeld potrebbero convertire questi parametri in una geometria stampabile. Prima della produzione, una simulazione valuterebbe deformazioni e distribuzione delle forze.
Il cliente potrebbe infine ricevere una scarpa dotata di un’identità digitale. Dopo alcune settimane di utilizzo, eventuali osservazioni verrebbero registrate nel profilo e utilizzate per correggere il paio successivo.
Dati personali e interoperabilità diventeranno questioni centrali
Una scansione del piede e una registrazione dell’andatura non sono soltanto file tecnici. Possono contenere informazioni sulla salute, sulla postura, sulle asimmetrie e sulle possibili limitazioni motorie della persona.
Zellerfeld, Volumental, SHINING 3D, 3dMD, Carbon e gli altri fornitori coinvolti in un processo di personalizzazione dovranno definire con chiarezza chi conserva questi dati, per quanto tempo e per quali finalità possono essere utilizzati.
Sarà importante anche l’interoperabilità. Un cliente potrebbe voler utilizzare la scansione effettuata con Volumental per acquistare una scarpa prodotta da Zellerfeld o per realizzare un plantare attraverso un laboratorio dotato di software Materialise.
Formati aperti per la geometria non risolvono l’intero problema. Pressioni, traiettorie, proprietà dei materiali e parametri di calzata richiedono strutture dati condivise e criteri di misurazione comparabili.
Dalla taglia al profilo biomeccanico
La stampa 3D può superare il sistema nel quale milioni di persone vengono ricondotte a un numero limitato di taglie. Per ottenere un vantaggio concreto, tuttavia, la personalizzazione deve andare oltre la riproduzione della forma esterna del piede.
La scansione statica rimane utile per misurare lunghezza, larghezza, volume e asimmetrie. La scansione dinamica permette di osservare come queste caratteristiche cambiano durante il movimento. La pedobarografia mostra dove e per quanto tempo vengono applicate le forze. La produzione additiva traduce poi le informazioni in geometrie e strutture con proprietà differenziate.
Il percorso verso una calzatura costruita sul comportamento individuale richiede la collaborazione tra aziende specializzate in acquisizione, biomeccanica, software, materiali e produzione. Zellerfeld, Volumental, SHINING 3D, 3dMD, novel GmbH, Carbon, adidas, Materialise e Vivobarefoot rappresentano approcci diversi allo stesso problema.
La questione non è più soltanto se una scarpa possa essere stampata in 3D. La domanda è quali dati siano necessari per progettare una calzatura capace di accompagnare il piede durante l’intero passo, mantenendo comfort, stabilità e durata senza imporre al cliente una lunga serie di prove.
