IPC分类号：
A43B17/02 | A43B7/142 | A43B7/149 | G06F30/10 | B29C64/386 | B29C64/393 | B33Y50/00 | B33Y50/02 | G06F119/14 | B29L31/50
国民经济行业分类号：
C1954 | C1953 | C1952 | C1951 | C2444 | C1761 | O8192 | C1959
当前申请(专利权)人地址：
214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号 (江苏,无锡,滨湖区)
工商统一社会信用代码：
1210000071780177X1
工商注册地址：
江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号
发明人：
何王艳 | 刘仁 | 李宝威 | 周康乐 | 孙梦雅 | 方恩
摘要：
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。
技术问题语段：
市面上的分区鞋垫在足弓处容易导致穿着者足弓疼痛，因为不同结构连接处有明显界面而界面处不易形变，从而难以缓解不适。
技术功效语段：
本发明的技术效果在于针对鞋垫可能产生的形变情况，采用不同结构叠加设置，利用相邻材料厚度沿极值变化的方式交叠，保证了脚掌不同受力位置交界准确位置，同时在受到脚掌各处压力时，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，保障了脚掌的舒适度和鞋垫的耐久度。本发明的鞋垫采用分区域设计，保证了渐变区域定位的准确性。
权利要求：
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：
足弓区域(3)，采用第一立体网格结构(21)，
足弓外侧区域(2)，采用多立方体结构，
渐变区域(1)，为足弓区域(3)、足弓外侧区域(2)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(1)中，第二立体网格厚度较薄的一侧覆盖在第一立体网格上。
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：
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(2)，将足弓区域(3)与足弓外侧区域(2)进行装配，此时得到足弓区域(3)、足弓外侧区域(2)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(1)。
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：
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；
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；
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，
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(3)；
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(2)；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(1)；
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(2)内部采用第一立体网格结构(21)，足弓区域(3)内部采用第二立体网格结构(31)；
导入切片软件打印得到成品。
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。
技术领域：
[0001]本发明涉及3D打印矫形鞋垫技术领域，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：
[0002]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。
[0003]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。
发明内容：
[0004]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。
[0005]本发明所采用的技术方案如下：
[0006]一种足弓分区结构渐变相连的3D打印鞋垫，包括：
[0007]足弓区域，采用第一立体网格结构，
[0008]足弓外侧区域，采用多立方体结构，
[0009]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。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进：
[0011]第一立体网格结构的晶胞单位采用Magics软件的Dode网格结构。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]所述第二立体网格晶胞的空腔为二十六面体。
[0015]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：
[0016]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。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进：
[0018]扫描切割模型的具体步骤为：
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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，
[0022]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；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]导入切片软件打印得到成品。
[0026]渐变区域底面硬度大于其顶面硬度。
[0027]本发明的有益效果如下：
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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
具体实施方式：
[0040]下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
[0041]如图1-图5所示，本实施例的足弓分区结构渐变相连的3D打印鞋垫，包括：
[0042]足弓区域3，采用第一立体网格结构21，
[0043]足弓外侧区域2，采用多立方体结构，
[0044]渐变区域1，为足弓区域3、足弓外侧区域2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1中，第二立体网格厚度较薄的一侧覆盖在第一立体网格上。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]第二立体网格晶胞的空腔为二十六面体。
[0049]本实施例的权利要求1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：
[0050]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2，将足弓区域3与足弓外侧区域2进行装配，此时得到足弓区域3、足弓外侧区域2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1。
[0051]扫描切割模型的具体步骤为：
[0052]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；
[0053]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；
[0054]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，
[0055]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3；
[0056]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2；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1；
[0057]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2内部采用第一立体网格结构21，足弓区域3内部采用第二立体网格结构31；
[0058]导入切片软件打印得到成品。
[0059]渐变区域1底面硬度大于其顶面硬度。
[0060]本发明的具体结构及设计方法如下：
[0061]鞋垫形状如图1所示，分为足弓区域3、足弓外侧区域2、渐变区域1。其中，足弓区域3、足弓外侧区域2分别采用两种硬度不同的材质，硬度的不同通过采用不同结构的网格实现。
[0062]在足弓区域3和足弓外侧区域2之间交界处，为一道弧形的渐变区域1。渐变区域1的结构由两侧不同硬度的结构交叠而成，如图2所示，交叠位置处，第一立体网格结构21叠在第二立体网格结构31上方，第一立体网格结构21、第二立体网格结构31的接触面为斜面，分别从第一立体网格结构21的底面斜向上延伸、第二立体网格结构31的顶面斜向下延伸。
[0063]如图3所示为第一立体网格结构21的局部示意图。这种结构从图中可以直观看出，每个单元网格立体面多，晶胞空腔为二十六面体，整体趋于一个球体。这种结构具有较大的孔隙结构，承压能力稍弱，但由于其自身具备的软度和弹性，能够对足弓外侧部分起到支撑作用的同时，还能够通过形变提高脚掌的舒适程度，适合作为足底除了足弓以外的承压。
[0064]如图4所示，为第二立体网格结构31的局部示意图。这种结构的组成单元三轴方向受力相同，晶胞空腔为正四面体结构，并且警报连接处中心存在八根交叉的节点，网格密度增大，强度随之增大，能够承受更大的力。同时该种结构具有弹性，因此适合作为足弓部分的支撑。
[0065]在上述两种对应足弓、足弓外侧的不同结构已经设计好的前提下，需要考虑着两种结构在拼接使用在同一张鞋垫上时的连接可靠程度。
[0066]由于本发明中的斜面拼接是两种不同材质的拼接，如果拼接面积过小，两种不同材质的连接面积小，在受到同等大小外力的前提下，更容易发生错位或开裂；本发明中将拼接面调整为整个渐变区域1的大小，能够尽量提高拼接面的连接强度、提高受力稳定性。
[0067]本发明中，采用三维建模足弓、组工外侧区域并重叠组合的方式找到两种立体结构的拼接位置，拼接处采用斜面叠加拼接，取代常规的同一水平面上的相邻块拼接方式。本发明中的拼接区域没有明显的缝隙，不会出现一段时间的使用后，分区域结构之间界面过硬且与两侧结构形变程度不一致的情况，本发明中通过形状优化结构连接处，达到不同区域结构的合理渐变，从而解决了传统分区域结构3D打印矫形鞋垫不同区域结构连接处过硬等弊端，使得鞋垫耐久度和舒适度有效提高。
[0068]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改