IPC分类号：
B29C64/118 | B33Y10/00 | B33Y80/00 | A41D13/015 | A41D1/084 | A41D13/05 | B29L31/48 | B29L31/52
发明人：
丹尼斯·伯托尔多 | 恩里科·坎帕里 | 劳拉·马佐切蒂 | 路易吉·安吉奥里尼 | 尼科洛·加尼
摘要：
通过3D打印的方式制造衬垫（10）的方法，该方法通过将至少一根第一细丝直接沉积于织物（18）的部分上以制造用于限定多平面结构的多个层中的至少第一层。
技术问题语段：
现有的衬垫制造方法存在以下技术问题：1. 加工时间长，成本高；2. 成品的衬垫的机械性能可能不符合项目规格；3. 现有的衬垫通过增材3D打印生产，但这种结构的特殊规律性会导致空腔的坍塌。
技术功效语段：
本发明提供了一种通过沉积至少一根细丝的3D打印的方式制造衬垫的方法，其能够形成具有可编程的内部架构的衬垫，从而提高弹性反馈和耐用性，同时能够减少加工时间和成本，增加衬垫的弹性和舒适度，适应使用者的形状，并作为他/她的解剖学要求的功能。
权利要求：
1.通过沉积至少一根第一细丝（13）的3D打印来制造衬垫（10）的方法，其特征在于，所述至少一根第一细丝（13）直接沉积在织物（18）的部分上，以形成定义多平面结构（11）的多个层（12）中的至少第一层（12a）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一根第一细丝（13）由热塑性弹性材料（TPE）制得。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一根第一细丝（13）的硬度在40 Shore A在95 Shore A之间，优选地在50 Shore A在90 Shore A之间，更优选地在50Shore A在80 Shore A之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述织物（18）的部分包括聚氨酯或其衍生物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述结构（11）的至少一部分是由具有与所述第一细丝（13）硬度不同的至少一根第二细丝（130）沉积制得。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，以在400mm/min至4200mm/min之间的沉积速度对所述第一细丝（13）和/或第二细丝（130）进行沉积，沉积速度优选地在450mm/min至3000mm/min之间，更优选地在500mm/min至1800mm/min之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，以不同的速度沉积所述至少一根第一细丝（13），所述不同的速度作为所述衬垫（10）的不同区域的函数，其中，用于制造衬垫（10）的外部边缘（22）和/或外围部分的第一沉积速度低于用于填充由所述边缘和/或所述外围部分划定的中心区域（23）的第二沉积速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二沉积速度为所述第一沉积速度的1.2-6倍，优选地为1.5-3倍。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，打印温度TS在170℃至260℃之间，优选地在200℃至250℃之间，更优选地在220℃至240℃之间。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述织物（18）的部分包含在运动服装（17）中或者与运动服装（17）相连接。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法，其特征在于，所述结构（11）包括沉积图案与所述第一层（12a）的沉积图案不同的至少一个层（12b，12c，12d，12e）。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于，所述多个层（12）的每一层（12a，12b，12c，12d，12e）由沉积图案制得，因而具有与紧邻其后和/或之前的层（12e，12d，12c，12b，12a）不同的平面视图构形。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法，其特征在于，通过改变作为所述结构（11）的高度（H）的函数的任一所述多个层（12）的平面视图构形，从而产生具有如弹性模量、密度、升力等机械性能彼此不同的多个区域（24）和区域（25）。
14.由权利要求1-13任一项所述的方法制得的衬垫（10）。
15.根据权利要求14所述的衬垫（10），包括外部边缘（22）和至少一个中心区域（23），其特征在于，所述高度（H）从所述外部边缘（22）向所述至少一个中心区域（23）线性地增加。
16.运动服装（17），其特征在于，包括由权利要求1-13任一项所述的方法制造的至少一个衬垫（10）和/或如权利要求14或15所述的衬垫（10）。
17.根据权利要求16所述的运动服装（17），其特征在于，所述运动服装（17）为坐垫（170）或者手套（270）。
18.根据权利要求16所述的运动服装（17），其特征在于，所述运动服装（17）为短裤（370），其在胯部对应位置包括有在使用过程中适于定位成与自行车鞍座接触的外表面，以及在使用过程中至少部分地与使用者的皮肤接触的相反的内表面，其中所述衬垫（10）与所述内表面连接。
技术领域：
[0001]本发明涉及一种衬垫的制造方法，以及由此制造的衬垫。本发明所述的衬垫优选地，但不限于用于制造保护元件和运动服装，例如用于自行车车手的坐垫、手套、头盔或者鞋垫。
背景技术：
[0002]众所周知地，在运动领域中常用一个或者多个衬垫组成的保护元件来提高运动员的舒适度和安全性。
[0003]例如，在骑车或者骑马时，公知地使用包含一个或者多个衬垫的短裤，这些衬垫位于两腿之间胯部的位置，用于保护在体育活动期间与鞍座接触的身体区域，因此受到持续的摩擦和压应力。这些短裤或者它们包含衬垫的部分，在行话中被称为“坐垫”或者“衬垫”。
[0004]手套也是已知常用于自行车或者摩托车骑行中的，其包括了至少一个衬垫，与手掌相对应且与车把手接触，能够大大提高运动活动期间的舒适度并降低出问题的风险，例如可用于手掌处，如上述的，因会与车把手摩擦。
[0005]这些衬垫通常由聚氨酯泡沫制成，例如通过重叠和粘合两层或者多层具有不同密度和/或不同厚度的泡沫。
[0006]这些衬垫具有海绵状结构，包括泡沫膨胀过程中形成的气泡。
[0007]在体育活动期间，由于摩擦和几乎没有热交换，皮肤与所述衬垫接触的区域的温度很高。
[0008]这导致了大量出汗，从而引起皮肤刺激和细菌的繁殖。哪怕使用了低密度的泡沫，聚氨酯泡沫的特殊结构会妨碍良好的通风。
[0009]如果衬垫由聚氨酯泡沫制成，则生产厚度和刚度因区域而异的衬垫会尤其复杂。
[0010]各部分的切割、组装和粘合要求精度高，加工时间长，成本高；此外，由于用于生产衬垫的材料存在固有缺陷，成品的衬垫的机械性能仍可能不符合项目规格。
[0011]还有一些现有的衬垫是通过增材3D打印生产的，这些衬垫通过沉积细丝的各个层来制造，以形成由空腔组成的规则结构。
[0012]然而，这种结构的特殊规律性通常会导致空腔的坍塌，这是由于它们在使用过程中承受的压力产生的峰值载荷效应或者屈曲效应。
[0013]类似的衬垫通常与保护元件（如骑行裤）连接，通过热成型、胶合、高频连接或者缝合构成保护元件的两层织物之间的衬垫。
[0014]这些已知类型的连接方法会导致刚性周长接缝的形成，除了使整个保护元件变硬外，还会降低其使用过程中的舒适度并降低其美感。
[0015]专利US2020/390169A描述了一种通过3D打印制成的具有衬垫的防护手套。
[0016]专利DE102017101026A1描述了一种用于使用者身体部分的保护元件，其包含了多个层。
[0017]因此，亟需完善一种可以克服现有技术的至少一个缺点的衬垫。
[0018]为此，有必要解决为具有不同阻力区域的保护元件生产衬垫的技术问题，从而确保高透气性并保证使用者的高舒适度。
[0019]具体地，本发明的一个目的是提供一种衬垫，并完善一种制造该衬垫的方法，该衬垫具有高弹反馈。
[0020]本发明的另一个目的是提供一种衬垫，并完善一种制造该衬垫的方法，其结构不受峰值载荷效应的影响。
[0021]本发明的另一个目的是制造单体衬垫，以便提高其随着时间推移的耐久性并减少加工废料和浪费。
[0022]申请人设计、测试和实施了本发明，以克服现有技术的缺点，并获得包括但不限于上述的目的和优点。
发明内容：
[0023]本发明在独立权利要求中阐述并加以表征。从属权利要求描述了本发明的其他特征或者主要发明思想的变体。
[0024]根据上述目的，为了以一种新颖的、独创的方式解决上述技术问题，并与现有技术相比能够获得相当大的优势，根据本发明，一种通过沉积至少一根细丝的3D打印的方式制造衬垫的方法，其定义了包含多个重叠层的多平面结构，其中，将至少一根细丝直接沉积在织物的一部分上，以形成多个层中的至少第一层。
[0025]这种做法可以实现形成具有可编程的内部架构的衬垫的优势，例如与现有技术的衬垫相比较，其随着时间的推移能提高弹性反馈和耐用性。
[0026]该方法还可以大大减少制造所需的加工时间，从而节省劳动力和最终成本。
[0027]通过将至少一根细丝直接沉积在织物的一部分上，可以避免在现有技术中必不可少的多个加工步骤，例如将衬垫或者包括有衬垫的坐垫通过粘合或者缝合将其居中于服装中。
[0028]除了减少成品可能存在的缺陷的数量之外，还可以增加衬垫的弹性以及衬垫与其相连接服装之间的弹性和谐。
[0029]此外，本方法能够实现使衬垫适应其使用者形状的优势，作为他/她的解剖学要求的功能。
[0030]依照本发明的另一个方面，至少一根细丝是由热塑性弹性材料（TPE）制成的，并且至少一根细丝的硬度在40 Shore A至95 Shore A之间，优选地在50 Shore A至90 Shore A之间，更优选地在60 Shore A至80 Shore A之间。
[0031]依照本发明的另一个方面，织物的部分包括聚氨酯或者其衍生物。
[0032]依照本发明的另一个方面，结构的至少一部分是通过沉积具有不同于第一细丝的硬度的至少一根第二细丝来制成的。
[0033]依照本发明的另一个方面，以在400mm/min至4200mm/min之间的沉积速度沉积第一细丝，沉积速度优选地在450mm/min至3000mm/min之间，更优选地在500mm/min至1800mm/min之间。
[0034]依照本发明的另一个方面，打印温度在170℃至260℃之间，优选地在200℃至250℃之间，更优选地在220℃至240℃之间。
[0035]依照本发明的另一个方面，织物的部分包含在运动服装中或者与运动服装相连接。
[0036]依照本发明的另一个方面，衬垫包括外部周长区域，其外部边缘的高度低于至少一个中心区域的高度，并且从该周长区域到该中心区域的高度变化可以是恒定的或者非恒定的。
[0037]依照本发明的另一个方面，运动服装包括至少一个如上所述的衬垫，其可以是坐垫、手套或者短裤。
具体实施方式：
[0041]参阅图1，根据本发明的衬垫10包括通过重叠多个层12获得的多平面结构11。
[0042]衬垫10可以通过增材3D打印方式生产，例如通过沉积至少一根第一细丝13和可能的至少一根第二细丝130的增材打印方式。
[0043]用于增材打印的细丝13、130可以通过如热塑性弹性材料（TPE）或者其他任何适合与人体皮肤接触且不会引起不同性质间的刺激或者其他问题的材料制成。
[0044]优选使用热塑性弹性材料，因其在化学性质上与聚氨酯泡沫相似，并且它们与皮肤接触时具有相同程度的兼容性，因此使用它们较为有利。
[0045]此外，细丝13、130可由天然来源的材料、或者回收材料、或者二者兼有的材料制得。
[0046]例如，所使用的热塑性弹性材料的硬度可介于40 Shore A至95 Shore A之间，优选地在50 Shore A至90 Shore A之间，更优选地在60 Shore A至80 Shore A之间。
[0047]此外，使用这些材料时很容易添加具有抗菌、抗炎和舒缓特性的物质。
[0048]作为示例，图1示出根据本发明的衬垫10的第一层12，分别为层12a、层12b、层12c、层12d和层12e的示意图。
[0049]依据一些实施例，每一层12还可以通过沉积至少一根第二细丝130的增材打印的方式来制得。
[0050]例如，每一层12可包含由至少一根第一细丝13制成的一部分和由第二细丝130制成的至少第二部分。
[0051]用于增材打印的第二细丝130可由与制造至少一根第一细丝13相同的材料制成，又或者，举例来说，使用不同的热塑性弹性材料制成。举例来说，用于3D打印的细丝的硬度（以Shore A计）不同于第一细丝13的硬度，正如下文所述。
[0052]可以根据特定的沉积图案，例如开放式或者封闭式，通过沉积至少一根第一细丝13或至少一根第二细丝130来制造每一层12。
[0053]在此和此后的描述中，所述图案或者沉积图案指代的是细丝13、130沉积时喷嘴所遵循的特定轨迹，即细丝13、130在打印后凝固时的几何结构。
[0054]例如，开放式的沉积图案可以是线性的，正如层12b、层12c、层12d和层12所示，封闭式的图案可以是环形或者多边形的，例如六边形图案（如图1的层12a）、三角形或者方形图案。
[0055]此外，每一层12可以用几种沉积图案制成，例如，其中一个层12（图中未示出）可以有一部分用环形图案制成，一部分用线性图案制成，另一部分用六边形图案制成。这样，每一层12可以具备机械性能彼此不同的部分，正如下文中将更好地描述那样。
[0056]依据用于定义其几何形状的图案或者图案组合，在平行于图3的纵轴X方向上获得的每一层12的平面视图构形可以是规则的或者不规则的，甚至可以是三维的。
[0057]进一步地，每一层12a、层12b、层12c、层12d、和层12e都可以通过沉积图案制得，因此可以形成平面视图构形，这与紧接着其（在其上方或者下方）的层12e、层12d、层12c、层12b和层12a不同。
[0058]依据一些实施例，具有线性图案的多个层12（例如，图1的层12e）的沉积图案平行于纵轴X，其可以与具有线性图案12d和12c的多个层12交替，其中该沉积图案不平行于纵轴X，因此是倾斜的，例如，相对于纵轴X来说形成45°。
[0059]依据一些可能的实施例，结构11可以包括具有不同于至少另一层12a的沉积图案的沉积图案的层12e。
[0060]该结构11可包括以相同沉积图案制成的多个连续的层12，例如，与沉积图案彼此不同的附加的多个层12交替。
[0061]因此，层12的平面视图构形至少是结构11的高度H的函数，从而产生具有如弹性模量、密度、升力等机械性能不同的多个区域24和区域25。
[0062]结构11可以包括多个由多边形图案（如六边形）制成的层12，与多个由线性图案制成的层12交替，两种层彼此平行或者相对于特定的沉积方向倾斜，与具有多边形图案的附加的多个层12交替。
[0063]依据一些实施例，每一层12的高度或者厚度在0.05mm至2mm之间，优选地在0.1mm至1mm之间，更优选地，在0.1mm至0.5mm之间。
[0064]依据一些实施例，结构11可包含由不同材料制成的层12。例如，第一层12a（如图6）可由第二细丝130打印制成，而构成结构11的余下的层12可由第一细丝13打印制成。
[0065]依据一些实施例，衬垫10可以与运动服装17（如图3、图6、图7和图8）连接，例如，衬垫10可以与坐垫170（如图3、图7和图8），与手套270（如图7），与短裤370（如图8），与头盔，与鞋垫及与护膝和护肘连接。
[0066]坐垫170（如图3和图6）可以通过将衬垫10与织物18的一部分（如图3和图4）连接来生产，该织物18随后被配置成与一条运动短裤370（如图8）的胯部连接或者位于其中。
[0067]织物18的部分（如图3和图4）可以包括由不同材料制成的多个层19，这些层19被配置成提高坐垫170在使用过程中的舒适性和透气性。
[0068]例如，织物18的部分可以包括由织物、天然或合成材料制成的第一层19a，由泡沫制成的第二层19b以及由针织面料制成的第三层19c。
[0069]层19可以使用高温或者胶接的方式进行连接。
[0070]依据一些可能的实施例且图中未示出，织物18的部分可以由单一层19制得，也称为“在单一主体中”，例如由层状材料制成，包括其内部的多个材料，例如聚酯、聚酰胺或者聚氨酯。
[0071]依据一些实施例，织物18的部分包括聚氨酯或其衍生物。
[0072]例如，织物18的部分可以完全由聚氨酯制成，或者，层19a、层19b和层19c中至少一个可由聚氨酯或者其衍生物制成。
[0073]例如，用于制成第一层12a的材料可以具有不同于制造其余层12的材料的硬度，这能够有利地提高衬垫10对织物18的部分的附着力。
[0074]衬垫10可包括外部周长区域21，其具有高度H1趋于0的外部边缘22，以及至少一个中心区域23，其连续到外部周长区域21，其高度H2大于外部边缘22的高度H1。
[0075]衬垫10的高度H从外部周长区域21线性地增加到至少一个中心区域23。通过这种方式，运动服装17的舒适性和合身性得到了改善。
[0076]H1和H2之间的比率使得表示外部周长区域21的倾斜度的角度在30°到70°之间，优选地在40°到65°之间，更优选地在45°到60°之间。
[0077]中心区域23的高度H2可以具有例如在0.2mm和30mm之间的范围，优选地在4mm和15mm之间，更优选地在6mm和12mm之间。
[0078]此外，具有不同机械性能（如弹性模量）的区域24、25，可以包含在中心区域23中。
[0079]这可以通过使区域24、25的各个层12具有不同的沉积图案或者具备不同的细丝来实现。例如，区域24可以通过将具有六边形平面视图构形的多个层12和具有线性平面视图构形的多个层12相互重叠来制成。
[0080]通过这种方式，弹性模量、弹性反馈和其他机械性能将取决于通过将不同层12相互重叠而成的特定结构11，以及用于制造细丝13、130的材料。
[0081]区域24可以通过将具有环形平面视图构形的多个层12、具有六边形平面视图构形的多个层12和具有线性平面视图构形的多个层12相互重叠来制得。
[0082]区域24可由与用于制造区域25不同的热塑性材料制成，例如，两种材料可以具有不同的硬度。
[0083]通过这种方式，区域24的结构11将会与区域25的结构不同，且可以设计这些结构以更好地抵抗应力。
[0084]例如，坐垫170可包括比区域25更坚硬、更紧凑的区域24，其形状可以被配置为适应使用者的坐骨-会阴区并更多地减弱身体这一特定部位的压力。
[0085]此外，衬垫10可以包括由许多彼此不同的层12制成的部分或者区域。例如，区域24可以由与制得区域25的层12的数量不同的层数制成。
[0086]通过这种方式，除了调整每一层12的平面视图构形外，细丝13还形成了如此的结构11，其中横截面构形（如图4）在垂直于图3的纵轴X的方向上获得，因此在垂直于平面视图构形的方向上也具有以不规则方式设置的多个实体和空隙。
[0087]由于细丝13的沉积而产生的材料总量以及空隙的特殊分布将表现为衬垫10的最终形状、其结构11以及其机械性能。
[0088]此外，大量空隙的存在将促进空气在使用过程中的流通，提高舒适性和透气性，从而实现更好的热流动并减少细菌的扩散。
[0089]在下文中，术语“填充量”将表示相对每一层12的总表面而言，相对于空隙的实体的百分比。
[0090]例如，具有70%填充量的层12指代其中实体的表面，即细丝13、130的表面覆盖了该层12总表面的70%。
[0091]结构11的结构能够实现更好的抗压强度，降低了由衬垫10中的峰值载荷（也称为“屈曲效应”）引起的弯曲的可能性。
[0092]该衬垫10可以制成单个主体（如图2、图3以及图7）；此外，依据一些实施例，其也可以制成相连接的多个部分（如图6），例如允许更好地适应使用者身体的形状。
[0093]依据一些实施例，一种用于制造衬垫10的方法，通过3D打印以400mm/min至4200mm/min，优选地以450mm/min至3000mm/min，更优选地以500mm/min至1800mm/min的速度沉积一个或多个细丝13、130。
[0094]通过这种方式，衬垫10与织物18的部分之间的附着力得到了有利的改善。
[0095]依据一些实施例，还可以设置以作为衬垫不同区域的函数的不同速度沉积细丝13、130。具体地，用于制成衬垫10的外部边缘22和/或其外围部分的第一沉积速度可低于用于制成由外部边缘22和/或外围部分划定的中心区域23的第二沉积速度。
[0096]依据一些实施例，第二沉积速度可以为第一沉积速度的1.2-6倍之间，优选地在1.5-3倍之间。
[0097]例如，与边缘相对应的沉积速度为400mm/min至1000mm/min，优选地为450mm/min至800mm/min，更优选地为500mm/min至700mm/min，则与中心区域相对应的沉积速度则可以为1000mm/min至4200mm/min，优选地为1200mm/min至3000mm/min，更优选地为1200mm/min至3000mm/min。
[0098]依据一些实施例，该方法提供的3D打印发生在打印温度TS为170℃至260℃之间，优选地在200℃至250℃之间，更优选地在220℃至240℃之间。
[0099]在打印过程中，细丝13、130达到允许其粘附在织物18部分的温度，并保证其随时间推移的阻力和耐久性。
[0100]依据一个可能的实施例，如图7所示，例如由一个单体制成的衬垫10可以与手套270相连接，设置在手掌的部分。
[0101]此外，衬垫10可以与如骑行短裤一类的短裤370在其胯部相连接（如图8）。
[0102]衬垫10可以直接与短裤370相连接，或者可选地，与织物18部分相连接，然后再与短裤370相连接。
[0103]优选地，衬垫10和本发明所述的用于得到其的方法，能够得到结构11，该结构11与选定用于制造其的材料相关联，能够消除现有衬垫的典型恒定载荷屈服区域。这极大地提高了衬垫10的舒适度，并增加了使用者在使用过程中感知到的柔软感。
[0104]显然，可以对衬垫10和上述方法进行修改和/或添加，而不脱离本发明的领域和范围，如权利要求所定义。
[0105]同时也明确的是，尽管本发明以及描述了一些具体的示例，但本领域技术人员无疑可以实施许多其他等效形式的衬垫和用于生产此类衬垫的方法，其特征如权利要求所述，因此都属于所定义的保护范围内。
[0106]在权利要求中，括号中的引用标识的唯一目的是为了方便阅读权利要求，不应被视为涉及到所定义的保护范围的限制因素