一种基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法与流程

本发明涉及矫形鞋垫技术领域，更具体的涉及一种基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法。

背景技术：

当前市场上矫形鞋垫的制作主要有以下几种方法：一种是传统石膏模型鞋垫制作方法，需对患者足部用石膏绷带取阴型、石膏阳形修型以及使用塑料板材进行高温成型或金属材料手工敲来制成的鞋垫。该方法制作时间较长，对制作者的技术要求较高。另外，也有通过电脑获取患者的信息来进行矫形鞋垫的制备，常用的方法是：根据足部压力制作鞋垫，平面鞋垫尺寸是根据采集足部静态压力数据并生成压力图，鞋垫高度是压力分散原理对足部压力数据进行有限元数据利用公式分析设计，综上得到模型，进行3d打印出鞋垫。然而其仅考虑了患者的静态压力，鞋垫高度是根据静态压力有限元公式计算得出，没有考虑测试者的运动生物力学，因此，以此方法制备的鞋垫的高度不精确，不符合患者的运动生物力学，长时间走路会导致步态线异常，姿势异常，严重会影响髋、膝盖等部位。

有鉴于此，有必要提供一种基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法以解决现有的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法，具有制作周期短、原料浪费少、舒适性好、能最大化符合个人的运动生物力学的优点，避免了单单只是利用静态足底压力来进行制作个性化矫形鞋垫的不准确性。

本发明的目的之二在于提供一种采用上述制作方法制备的矫形鞋垫。

为实现上述目的，本发明提供一种基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法，包括步骤：

(1)数据采集：利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数据，得到足底静态压力数据和足底动态压力数据，所述足底动态压力数据包括动态压力分布、步态线和步态周期；

(2)数据分析：根据足底静态压力数据判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；根据足底动态压力数据判断步态线是否正常、步态周期摆动情况，动态压力分布用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；步态线用以判断是否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，步态周期用以判断步行是否有异常，并配合步态线判断重心是否存在不稳；

(3)矫形鞋垫建模：基于足底静态压力数据，利用easycad软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入足底足底动态压力数据，进行计算鞋垫厚度；

(4)矫形鞋垫优化：利用magics软件生成蜂窝状多孔结构的矫形鞋垫模型；

(5)增材制造矫形鞋垫：利用增材制造技术将矫形鞋垫的三维模型打印得到鞋垫初品；

(6)后处理：将鞋垫初品边缘多余面料切除并去除支撑、抛光和打磨；

(7)成品：对后处理完的鞋垫粘附面料，并沿边缘进行打磨。

较佳地，步骤(1)中，还包括利用2d扫描仪获取数字脚印，用于掌握测试者的足部形状。

较佳地，步骤(4)中，所述蜂窝状多孔结构的为六边形。

较佳地，所述六边形的对边之间的距离为2.5毫米。

较佳地，所述蜂窝状多孔结构的分布密度为8个/cm²。

较佳地，若干所述蜂窝状多孔结构的轴向高度不相同。

较佳地，面料为eva、布料和pv的混合面料。

相应地，本申请还提供了一种由上述基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法制得的矫形鞋垫。

与现有技术相比，本发明基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法，利用足底静态压力数据和足底动态压力数据进行设计个性化矫形鞋垫，尤其是采用动态压力分布、步态线和步态周期三种数据分析获得准确的数据情况，同时采用蜂窝状多孔结构设计的矫形鞋垫区别于市面上利用厚度来矫形，提高矫形效果且可延长使用寿命，节约原料。故而，本发明矫形鞋垫的鞋垫制作方法，具有制作周期短、原料浪费少、舒适性好、能最大化符合个人的运动生物力学的优点，避免了单单只是利用静态足底压力来进行制作个性化矫形鞋垫的不准确性。

附图说明

图1为矫正前测试者的足底静态压力数据测试图。

图2为矫正后测试者的足底静态压力数据测试图。

图3为矫正前动态压力分布数据测试图。

图4为矫正后动态压力分布数据测试图。

图5为矫正前步态周期数据测试图。

图6为2d扫描仪测量数据测试图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步解释说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

本发明的基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法，包括：

(1)数据采集：利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数，得到足底静态压力数据和足底动态压力数据，所述足底动态压力数据包括动态压力分布、步态线和步态周期；

(2)数据分析：对足底静态压力数据和足底动态压力数据进行分析，判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，步态周期用以判断步行是否有异常，并配合步态线判断重心是否存在不稳；

(3)矫形鞋垫建模：基于足底静态压力数据，利用easycad软件中的矫治模块数据库进行鞋垫建模，导入足底足底动态压力数据，进行计算鞋垫厚度；

(4)矫形鞋垫优化：利用magics软件生成蜂窝状多孔结构的矫形鞋垫模型；

(5)增材制造矫形鞋垫：利用增材制造技术将矫形鞋垫的三维模型打印得到鞋垫初品；

(6)后处理：将鞋垫初品边缘多余面料切除并进行抛光和打磨；

(7)成品：对后处理完的鞋垫粘附面料，并沿边缘进行打磨。

下面结合具体测试数据来阐述本申请基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法。

(1)利用足部压力板测得测试者在站立与行走两个自然状态下的足部压力数据，测试者目视前方，自然呼吸放松，得到足底静态压力数据和足底动态压力数据，足部压力板将采集的足底静态压力数据和足底动态压力数据反馈于计算机控制器，并利用fereestep软件测量系统生成动态压力分布、步态周期和步态线。采用2d扫描仪测量出足拇趾角度和跖骨角度，足拇趾角度用以判断是否存在拇外翻，跖骨角度用以判断是否存在跖骨内外翻。请参考图6的2d扫描仪测量数据测试图，本实施例中，跖骨角度为21，属于正常情况。

(2)根据步骤(1)得到的足底静态压力数据，用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚。动态压力分布用以判断左右脚压力分布是否对称、前后掌压力是否过于集中、最大受力点是否前移、是否存在内外八字脚；步态线用以判断是否存在扁平足、弓形足、跖骨痛、马蹄足后跟痛和重心不稳的情况，步态周期用以判断步行是否有异常，并配合步态线判断重心是否存在不稳。

本实施例中，请参考图1，采用步骤(1)测得矫正前测试者的足底静态压力数据测试图。从图1中可知，前足占重比为62％，后足占重比为38％，相差较大(正常为45％-50％)，以此判断前后掌压力是过于集中在前足，最大受力点是前移，导致走路不稳。

请参考图3，采用步骤(1)测得矫正前动态压力分布数据测试图。图3中的线条趋势是步态线。图5为矫正前步态周期数据测试图。从图3和图5可知，测试者的前掌压力过大，脚跟不稳，且步态线异常。实时步态线摆动厉害，基本上每一帧的压力中心都摆动，且第四五跖骨不受力，往前方的一二三四跖骨偏移受力，导致第一二跖骨受力过大。正常的步态线是趋近其足型的从足跟到足弓通过四五跖骨、二三跖骨，最后从大脚拇指出去。而图3所示的步态线是不趋近其足型且不平滑，也就是说其步态线是曲折的，说明测试者行走过程中其着力点是摇摆不定的，而这种摇摆不定会导致其动态应力分布不均，着力点在后足处摇摆不定，且不经过足弓直接到达二三跖骨出，从而导致前脚掌受力过大，导致走路不稳，这与足底静态压力数据测试结果一致。根据该数据，在制备矫形鞋垫中，加深足杯已稳定踝关节和距骨的不稳性，并在第一二跖骨处进行加跖骨垫进行增强稳定性，同时抬高前掌较后足跟1°。

(3)基于足底静态压力数据，在easycad中的矫治模块数据库针对性地对前掌、后跟、足弓、本体感觉进行鞋垫建模，并导入足底足底动态压力数据，进行自动化计算鞋垫厚度。为了均匀分散足部的压力，根据动态压力分布，压力较大的地方合理增大鞋垫高度，压力较小的地方合理减小鞋垫高度，从而达到压力均匀分散的效果。在三维建模设计的过程中，对模型中的不平顺部位进行光滑平顺处理及对鞋垫模型中的局部毛刺误差点进行删除。

(4)利用magics软件生成存在高度差异分散压力的蜂窝状多孔结构的鞋垫模型，若干蜂窝状多孔结构的轴向高度不相同。该蜂窝状多孔结构分布于鞋垫初品的内部以及外表面，朝向为竖直方向，蜂窝状多孔结构受垂直于板面的载荷时，它的弯曲刚度与同材料、同厚度的实心板相差无几，甚至更高，但其重量却轻70～90％，而且不易变形，不易开裂和断裂，并具有减震、隔音、隔热和极强的耐候性等优点。蜂窝状多孔结构的孔径大小等相关参数，可根据需要进行选取，在此不进行限定。本实施例中，蜂窝状多孔结构采用六边形，且经实验研究发现，当蜂窝状多孔结构的对边之间的距离为2.5毫米，分布密度为8个/cm²时，尺寸每增加0.5毫米，其分布密度减少1个/cm²时，抗震抗抖效果较佳，稳定性较好，使用寿命延长。在本实施例中，该蜂窝状多孔结构的对边之间的距离为2.5毫米，分布密度为8个/cm²，但不以此为限。采用蜂窝状多孔结构设计的矫形鞋垫区别于市面上利用厚度来矫形，提高矫形效果且可延长使用寿命。

(5)利用增材制造技术将矫形鞋垫的三维模型打印得到鞋垫初品。将格式文件输入到3d打印机中，由3d打印机打印出的鞋垫基体。材料选用tpu(即热塑性聚氨酯弹性体橡胶)线材。

(6)沿鞋垫基体的边缘将鞋垫基体上的多余面料切除得到鞋垫初品，再对鞋垫初品的边缘一圈进行打磨。具体地，于本实施例中，由切割机将鞋垫基体上的多余面料切除，再由打磨机对鞋垫初品的边缘一圈进行打磨，以提高鞋垫的质量及精度，但不限于此。

(7)在鞋垫初品的上表面涂上胶水，将面料贴于胶水上。根据实际需要，在将面料贴于胶水上之前，还包括将海棉层贴于鞋垫初品之上表面的胶水上及再在海棉层上涂上胶水的步骤，以进一步地增加舒服性，但不限于此。举例而言，海棉层为记忆海棉层，增加恢复的可靠性。其中，面料为有ev、pv、竹炭纤维布料、透气棉质布料或仿皮绒面料，但不限于此。

矫形鞋垫制备好后，供受试者试用，每天3～8小时，一个半月后，进行数据采集，结果如图2和图4，图2为矫正后测试者的足底静态压力数据测试图，图4为矫正后动态压力分布数据测试图。图2可知，矫形后的裸足明显更加趋近理论值。图4可知，在动态中的步态线也没有有很多的曲折，较一个多月前，平缓许多并且与足型趋近相似。在经过一个多月的矫正，踝关节不稳的情形有明显的治愈。

与现有技术相比，本发明基于走路不稳的增材制造矫形鞋垫的制作方法，利用足底静态压力数据和足底动态压力数据进行设计个性化矫形鞋垫，尤其是采用动态压力分布、步态线和步态周期三种数据分析获得准确的数据情况，同时采用蜂窝状多孔结构设计的矫形鞋垫区别于市面上利用厚度来矫形，提高矫形效果且可延长使用寿命，节约原料。故而，本发明矫形鞋垫的鞋垫制作方法，具有制作周期短、原料浪费少、舒适性好、能最大化符合个人的运动生物力学的优点，避免了单单只是利用静态足底压力来进行制作个性化矫形鞋垫的不准确性。

应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求限定的范围。