足弓分区结构渐变相连的3D打印鞋垫及设计制造方法

本发明涉及3d打印矫形鞋垫，尤其是一种足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫及设计制造方法。

背景技术：

1、目前，市面上已经出现有分区的鞋垫，包括用于对脚掌进行足部治疗的底层，底层包括足弓区、脚趾区、脚掌前区、脚掌中区和后跟区，这五个区域由五种不同的立体网状结构填充。

2、然而，这样一种分区域结构的鞋垫各部分形变程度不一，特别是在足弓处，在穿着一定时间后，由于不同结构连接处有明显界面而界面处不易形变，从而易导致该鞋垫穿着者足弓疼痛引发不适。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫及设计制造方法，在采用分区域结构3d打印鞋垫基础之上，对各个区域连接处进行结构优化，进而在满足不同区域立体网状结构受力均衡，同时也使得鞋垫的舒适性和耐用性提高。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，包括：

4、足弓区域，采用第一立体网格结构，

5、足弓外侧区域，采用多立方体结构，

6、渐变区域，为足弓区域、足弓外侧区域的重叠区域，此区域中，采用厚度渐变结构，第一立体网格的厚度向第二立体网格处逐渐降低，第二立体网格的厚度向第一立体网格的厚度逐渐降低；且渐变区域中，第二立体网格厚度较薄的一侧覆盖在第一立体网格上。

7、作为上述技术方案的进一步改进：

8、第一立体网格结构的晶胞单位采用magics软件的dode网格结构。

9、所述第一立体网格三轴方向受力相同，晶胞空腔为正四面体结构，且晶胞连接处中心设置8根交叉的节点。

10、所述第二立体网格结构的晶胞单位采用magics软件的rhombi网格结构。

11、所述第二立体网格晶胞的空腔为二十六面体。

12、一种权利要求1所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫的设计制造方法，包括如下步骤：

13、扫描得到整体鞋垫模型，在solidworks软件中进行锥度切割，切割得到具有圆锥度的足弓部分模型，布尔计算出足弓外侧区域，将足弓区域与足弓外侧区域进行装配，此时得到足弓区域、足弓外侧区域和前述两区域的垂直投影重叠区域；垂直投影重叠区域即设计为渐变区域。

14、作为上述技术方案的进一步改进：

15、扫描切割模型的具体步骤为：

16、根据患者足部特征进行数字化设计得到鞋垫整体模型的stl文件；

17、在鞋底平面上划定一个圆形区域，在足弓最高处上方预期高度处选取一个与鞋底平面平行的参考面，在参考面上划定一个圆形区域，参考面上的圆形区域大小可调；

18、选取两个圆形为轮廓进行放样操作，得到有锥度的类圆柱体零件，

19、导出stl文件，并导入material magic软件中，将放样产生的有锥度的类圆柱体与鞋垫主体进行布尔运算，两个零件取交集得到足弓区域；

20、选鞋垫主体为主体，选上述类圆柱体为要减的零件，布尔运算得到足弓外侧区域；形成的包括从鞋底区域至上方外侧区覆盖区域为渐变区域；

21、在工具栏软件力学结构库选取脚掌各个部位对应的结构单元，足弓外侧区域内部采用第一立体网格结构，足弓区域内部采用第二立体网格结构；

22、导入切片软件打印得到成品。

23、渐变区域底面硬度大于其顶面硬度。

24、本发明的有益效果如下：

25、本发明针对分区鞋垫可能产生的分界处形变情况，将常规的不同结构分块设置，改为不同结构叠加设置，叠加处采用两种相邻材料厚度渐变的方式交叠，且交叠设置的渐变区域位置由扫描后运算获得，保证了这块区域是脚掌不同受力位置交界的准确位置，在受到脚掌各处的压力时，渐变区域中较硬的部分提供支撑力，较软的部分提供舒适的脚感，长期受力不易发生分裂，即使略有位移，由于上层结构和下层结构是斜面相贴，因此两者之间不会出现大的间隙，从而保障了脚掌的舒适度、鞋垫的耐久度。

26、本发明中的分区结构中，脚掌部分对应的足弓外侧区域采用多立方体结构，这种相邻面拼接形成的立体网状结构具有较大的孔隙，在足底外侧加压时，能够承受较大身体重量而轻微形变并具有复位能力，外力易沿着趋于球体的多面体的多个侧壁进行传递。在此前提下，镂空结构自重轻、透气性高，适用于足弓外侧区域的承力。

27、本发明中的足弓区域垫高，用于支撑足弓的内凹位置，对应的网格结构三轴方向受力相同，晶胞空腔采用正四面体结构，并在正四面体结构内部填充八根交叉的节点，相较于其他中空结构，网格密度有所增强，强度随之增强。因为正四面体相对比较容易形变，但本发明中的材质易于复位，因此具有支撑力和弹性，适合作为足弓区域的支撑。

28、本发明的鞋垫在厚度渐变设计过程中，采用分区域设计的方式，先得到足弓区域，再得到组工外侧区域，两者装配得到重叠位置的渐变区域，相较于直接测量得到的简便区域，装配方式保证了渐变区域定位的准确性。

技术特征：

1.一种足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，其特征在于：第一立体网格结构(21)的晶胞单位采用magics软件的dode网格结构。

3.如权利要求2所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，其特征在于：所述第一立体网格三轴方向受力相同，晶胞空腔为正四面体结构，且晶胞连接处中心设置8根交叉的节点。

4.如权利要求1所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，其特征在于：所述第二立体网格结构(31)的晶胞单位采用magics软件的rhombi网格结构。

5.如权利要求4所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫，其特征在于：所述第二立体网格晶胞的空腔为二十六面体。

6.一种权利要求1所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫的设计制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫的设计制造方法，其特征在于：扫描切割模型的具体步骤为：

8.如权利要求6所述的足弓分区结构渐变相连的3d打印鞋垫的设计制造方法，其特征在于：渐变区域(1)底面硬度大于其顶面硬度。

技术总结
本发明涉及一种足弓分区结构渐变相连的3D打印鞋垫及设计制造方法，包括足弓区域，采用第一立体网格结构，足弓外侧区域，采用多立方体结构，渐变区域，为足弓区域、足弓外侧区域的重叠区域，此区域中，采用厚度渐变结构，第一立体网格的厚度向第二立体网格处逐渐降低，第二立体网格的厚度向第一立体网格的厚度逐渐降低；且渐变区域中，第二立体网格厚度较薄的一侧覆盖在第一立体网格上。本发明针将常规的不同结构分块设置，改为不同结构叠加设置，叠加处采用两种相邻材料厚度渐变的方式交叠，保障了脚掌的舒适度、鞋垫的耐久度。本发明相较于直接测量得到的简便区域，装配方式保证了渐变区域定位的准确性。

技术研发人员：何王艳,刘仁,李宝威,周康乐,孙梦雅,方恩
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13