一種個性化3d打印鞋墊及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鞋墊制作的技術領域，具體涉及一種個性化3D打印鞋墊及其制作方法。
【背景技術】
[0002]3D打印技術是一種快速成型增材制造技術，它根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)，通過疊加堆積式制造工序，逐層自動打印與模型完全一致的三維實體結構，糅合數(shù)字建模、機械控制、信息工程、材料科學等領域的前沿技術，被譽為“第四次工業(yè)革命”的核心技術。由于具有加工精度高、制造經(jīng)濟便利、材料多樣等特點，能夠制造出任何復雜的結構，已被廣泛應用于許多個性化產(chǎn)品創(chuàng)作領域。
[0003]人的腳由足弓、骨骼、韌帶、肌肉、肌腱構成，包含了26塊骨頭、29個關節(jié)、42條肌肉和25條肌腱。在人站立、行走和運動的時候，腳擔負著支撐和平衡身體的重任。鞋墊是鞋的主要部件一內底，鞋墊和腳緊密接觸，主要功能有兩方面:改善鞋內環(huán)境和改善腳底受力狀態(tài)。改善鞋內環(huán)境包括調節(jié)鞋內濕度、減少熱量散失以增加保暖性等。改善腳底受力狀態(tài)包括防止腳掌在鞋內滑動、提高步伐平衡穩(wěn)定性、緩沖減震以及提供矯形功能等。隨著人們生活水平的提高與對自身健康及運動需求關注的日益重視，有許多諸如兒童、老人、孕婦、運動員、糖尿病人、扁平足病人、內外翻足病人等人群對鞋墊有著特殊的個性化要求。
[0004]目前鞋墊的個性化定制主要有傳統(tǒng)石膏模型制作和計算機輔助設計與制作兩種模式。傳統(tǒng)石膏模型制作通過手工石膏繃帶取模、修型，板材高溫成型，最終打磨完成;計算機輔助設計與制作則通過攝像設備掃描獲取足部模型，計算機軟件設計，最終數(shù)控機床加工完成。近年來隨著3D打印技術的發(fā)展，也逐漸有許多企業(yè)和研究機構開展了鞋墊的3D打印制作。鞋墊的3D打印技術較于數(shù)控機床的加工技術，更為經(jīng)濟、便捷、高效，而且隨著鞋墊的3D打印材料多樣化，制作出來的鞋墊性能更具個性化。
[0005]盡管現(xiàn)有技術中有3D打印鞋墊，但是該鞋墊的材料為同一種屬性，不能針對足底不同區(qū)域進行局部材料性能的個性化調節(jié)。

【發(fā)明內容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種個性化3D打印鞋墊的制作方法。本發(fā)明利用3D打印技術使得鞋墊的制備經(jīng)濟、便捷、高效，并且本發(fā)明可以針對足底不同區(qū)域進行局部材料性能的個性化調節(jié)，制備出一種能夠滿足不同人需求的鞋墊。本發(fā)明的制作方法包括腳模的采集、鞋墊材料的制備、鞋墊結構的設計、鞋墊的3D打印四個步驟。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供由上述制備方法制備得到的個性化3D打印鞋墊。
[0008]本發(fā)明目的通過如下技術方案實現(xiàn):
[0009]一種個性化3D打印鞋墊的制作方法，具體包括以下步驟:
[0010]第一步，腳模數(shù)據(jù)采集:
[0011](I)使用手機攝像頭或其他照相儀器，對人體足部進行多角度拍照，獲取足部尺寸基本數(shù)據(jù)，包括腳掌的長度和寬度，建立足部三維模型；
[0012](2)將足底分區(qū)，通過足底每個區(qū)的相關數(shù)據(jù)，分析足部的健康狀況，確定每個區(qū)的三維曲面和足部的三維曲面；
[0013]所述足底分區(qū)是指將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側；
[0014]所述通過足底每個區(qū)的相關數(shù)據(jù)，分析足部的健康狀況具體是指根據(jù)腳掌長度和寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心;再描繪計算出距腳掌最低面3*lnG mm(G kg體重的人體站立時足底軟組織壓縮的距離)的水平面A的面積及其質心；然后分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離;最后分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、Ml、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO 8個區(qū)總面積的商值Al，根據(jù)上述的數(shù)據(jù)分析足部的健康狀況，確定足型;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面；
[0015]第二步，鞋墊材料制備:所述鞋墊包括底層、中層和頂層，各層采用的材料為:底層材料為熱塑性聚合物硬質材料，中層材料為改性聚氨酯彈性體，頂層材料為尼龍植物纖維復合材料；
[0016]第三步，鞋墊結構設計:根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒；
[0017]所述按摩凸粒設于在鞋墊的頂層，所述按摩凸粒在鞋墊頂層形成的結構為按摩顆粒結構、肌肉保護紋理結構、韌帶增護紋理結構或足弓支撐紋理結構中的一種以上；
[0018]所述按摩顆粒結構是指按摩凸粒設于足底各分區(qū)的分區(qū)間隙，尤其是Tl和Ta分區(qū)頂端，Tl-Ta和M1-M5分區(qū)間隙，MFI分區(qū)內側，HI和HO分區(qū)的總質點圓環(huán)，用于增加運動時的足與鞋墊之間的摩擦力；
[0019]所述肌肉保護紋理結構是指按摩凸粒設于足底各肌肉間隙，特別是足底最下層的拇展肌、趾短曲肌和小趾展肌的間隙，使得肌肉受到按摩凸粒擠推得以緩沖張力；
[0020]所述韌帶增護紋理結構是指按摩凸粒設于足底長韌帶的外周和間隙區(qū)域，主要針對韌帶容易受損的人群如運動員，使得韌帶收到按摩凸粒擠推得以緩沖張力；
[0021]所述足弓支撐紋理結構是指按摩凸粒設于內側足弓、外側足弓和橫弓區(qū)域，主要針對扁平足或高弓足等人群，使用按摩顆粒加強對其內側足弓、外側足弓和橫弓區(qū)域的刺激和支撐；
[0022]所述底層、中層和頂層的填充率分別設置為50?100%、5?100%、100%;
[0023]第四步，鞋墊3D打印:將鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，使用第二步的鞋墊材料按次序打印鞋墊底層、中層和頂層結構，打印溫度分別為80?120 °C、60?100。。和 100?150。。。
[0024]所述熱塑性聚合物硬質材料由下按重量份數(shù)計的原料制備而成:80-90份熱塑性高分子材料，10-20份無機填料。
[0025]所述熱塑性高分子材料為聚己內酯，聚二甲基硅氧烷，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚乙烯基吡咯烷酮，聚醚醚酮，聚甲基丙烯酸甲酯，聚醋酸乙烯酯，乙烯丙烯酸共聚物，聚乙烯醇，聚乳酸，聚羥基烷酸酯或葡甘聚糖中的一種以上。
[0026]所述無機填料為碳酸鈣、二氧化硅、高嶺土或鈦白粉中的一種以上。
[0027]所述改性聚氨酯彈性體由下述按重量份數(shù)計的原料制備而成:10?30份二元醇，20?60份二異氰酸酯，3?20份擴鏈劑，0.02?0.06份催化劑和20?40份有機溶劑組成。
[0028]所述二元醇為聚四氫呋喃二醇，聚己內酯二元醇，聚氧化丙烯醚二元醇和丁二酸聚酯二醇中的一種以上;所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯和苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種以上。
[0029]所述擴鏈劑為I，4-丁二醇，縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種以上;所述催化劑為二月桂酸二丁基錫或N，N_ 二甲基環(huán)己胺中的一種以上；所述有機溶劑為N，N_ 二甲基甲酰胺、苯、二甲苯或環(huán)己酮中的一種以上。
[0030]所述尼龍植物纖維復合材料由下述按重量份數(shù)計的原料制備而成:60-80份尼龍原料，20-35份植物纖維，1-5份抗菌劑。
[0031]所述尼龍原料為尼龍6，尼龍66，尼龍610，尼龍1010，尼龍6T或尼龍1T中的一種；
[0032]所述植物纖維為木肩纖維，竹肩纖維，稻殼纖維，稻草纖維，麥秸桿纖維，玉米秸桿纖維，棉花桿纖維，甘蔗纖維，亞麻纖維，苧麻纖維，黃麻纖維，竹纖維，棉纖維，木棉纖維，劍麻纖維，蕉麻纖維或椰子纖維中一種以上，所述植物纖維為粉末狀，其直徑為0.0I?3mm;
[0033]所述抗菌劑為殼聚糖、茶多酚、十二烷基鹽酸鹽、吡啶季銨鹽型陽離子聚丙烯酰胺、含Ag沸石、有機季銨鹽(包括氯代十六烷基吡啶、芐基二甲基十六烷基氯代銨)中的一種以上。
[0034]所述個性化3D打印鞋墊由上述制備方法制備得到。
[0035]本發(fā)明的個性化3D鞋墊及其制作方法，適用于包括兒童、老人在內的正常人群，運動員，糖尿病人、扁平足病人及內外翻膝病人等需足部矯形的特殊人群。
[0036]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0037](I)本發(fā)明的3D鞋墊由三種材料堆積成層，三種材料分別具有不同的性能屬性:底層熱塑性高分子聚合物硬質材料具有耐磨性、矯正支撐性、并對不同的足部進行高吻度包裹使得人體重量得以均勻分布于足掌，中層高彈性改性聚合物軟質材料具有緩沖減震性，頂層尼龍植物纖維復合材料具有透氣抗菌、皮膚接觸舒適度，可以充分滿足鞋墊個性化定制的選擇；
[0038](2)本發(fā)明的3D鞋墊由三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)制作而成，經(jīng)濟、便捷、高效；
[0039](3)本發(fā)明的3D鞋墊是經(jīng)過足部模型進行力學健康分析，并給出鞋墊材料和結構的綜合輔助解決方案。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明的鞋墊結構示意圖，其中頂層為按摩顆粒結構；1-頂層，2-中層，3-底層，4-按摩顆粒；
[0041]圖2為本發(fā)明的鞋墊結構示意圖，其中頂層為肌肉保護紋理結構；1-頂層，2-中層，3-底層，4-拇展肌與趾短屈肌間按摩顆粒，5-趾短屈肌間按摩顆粒，6-趾短屈肌與小趾展肌間按摩顆粒；
[0042]圖3為本發(fā)明的鞋墊結構示意圖，其中頂層為韌帶增護紋理結構；1-頂層，2-中層，3-底層，4-足底長韌帶間按摩顆粒；
[0043]圖4為本發(fā)明的鞋墊結構示意圖，其中頂層為足弓支撐紋理結構1-頂層，2-中層，3-底層，4-足弓按摩顆粒，5-外側縱弓，6-橫弓，7-內側縱弓。
【具體實施方式】
[0044]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0045]本發(fā)明的鞋墊結構示意圖如圖1所示，其中頂層為按摩顆粒結構；
[0046]本發(fā)明的鞋墊結構示意圖如圖2所示，其中頂層為肌肉保護紋理結構；
[0047]本發(fā)明的鞋墊結構示意圖如圖3所示，其中頂層為韌帶增護紋理結構；
[0048]本發(fā)明的鞋墊結構示意圖如圖4所示，其中頂層為足弓支撐紋理結構。
[0049]實施例1(扁平足少兒)
[0050]一種個性化訂制3D鞋墊及其制作方法，包括:
[0051 ] (I)首先讓某一扁平足少兒單腳站立，另一下肢屈膝上抬，小腿垂直往下，用稍硬板塊保持腳掌水平抬起，準備手機攝像頭分別位于少兒足底的正面和斜面五個角度，每次抽開板塊快速拍照;通過軟件錄入少兒的體重G(kg)、腳掌長度L(mm)和寬度W(mm)，收集足底的基本數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)建立三維腳模；
[0052]將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側;根據(jù)腳掌長度寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心；描繪計算出距腳掌最低面3*ln G mm的水平面A的面積及其質心；分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離，判斷扁平足足型；分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、M1、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO等8區(qū)總面積的商值Al，分析扁平足足型程度;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面；
[0053](2)根據(jù)扁平足少兒的足部健康狀況，鞋墊由以下三層材料構成:
[0054]A、底層為耐磨的熱塑性聚己內酯硬質材料，由80重量份聚己內酯，10重量份二氧化硅制備而成；
[0055]所制備的熱塑性聚己內酯硬質材料軟化溫度為60°C,Rockwell硬度為88，抗拉強度為12MPa，抗壓強度為42MPa，彈性模量為26 IMPa ；
[0056]B、中層為改性聚氨酯彈性體，由26.98重量份聚四氫呋喃二醇，40重量份甲苯二異氰酸酯，3重量份縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷擴鏈劑，0.02重量份催化劑二月桂酸二丁基錫和30重量份N，N-二甲基甲酰胺溶劑制備而成；
[0057]所制備的改性聚氨酯彈性體軟化溫度為50°C，邵氏硬度80，抗拉強度為65MPa，彈性模量為400MPa;
[0058]C、頂層為透氣抗菌的尼龍竹纖維復合材料，由60重量份尼龍6，35重量份竹肩植物纖維，3重量份殼聚糖和2重量份茶多酚制備而成；
[0059]所制備的尼龍竹纖維復合材料軟化溫度為80°C，抗拉強度為90MPa，彈性模量為2.62GPa；
[0060](3)分析體重為G kg的少兒對足部的載荷分布影響，根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒；
[0061 ]所述熱塑性聚己內酯材料底層的平均厚度MFI區(qū)為2.5mm、其余各區(qū)為1.5mm;改性聚氨酯彈性體中層平均厚度MFI區(qū)為1.5mm、其余各區(qū)為2.5mm;尼龍竹纖維復合材料頂層平均厚度為0.8mm、使用按摩顆粒結構、肌肉保護紋理結構和/或足弓支撐紋理結構；
[0062](4)將鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，噴頭1、2、3分別安裝所準備的熱塑性聚己內酯硬質材料、改性聚氨酯彈性體、尼龍竹纖維復合材料，打印溫度分別設置為80°C、60°C、100°C，填充率分別設置為100%、20%、100%，由計算機程序控制按次序打印鞋墊的底層、中層和頂層結構。
[0063]實施例2(防摔老人)
[0064]一種個性化訂制3D鞋墊及其制作方法，包括:
[0065](I)首先讓某一老人單腳站立，另一下肢屈膝上抬，小腿垂直往下，用稍硬板塊保持腳掌水平抬起，準備手機攝像頭分別位于足底的正面和斜面五個角度，每次抽開板塊快速拍照;通過軟件錄入老人的體重G(kg)、腳掌長度L(mm)和寬度W(mm)，分析數(shù)據(jù)建立三維腳模；
[0066]將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側。根據(jù)腳掌長度寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心；描繪計算出距腳掌最低面3*ln G mm的水平面A的面積及其質心；分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離，判斷扁平足足型；分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、M1、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO等8區(qū)總面積的商值Al，分析老人足型;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面；
[0067](2)根據(jù)老人的足部健康狀況，鞋墊由以下三層材料構成:
[0068]A、底層為耐磨的熱塑性乙烯丙烯酸共聚物硬質材料，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成:90份乙烯丙烯酸共聚物，7份二氧化硅，3份碳酸鈣；
[0069]所制備的熱塑性乙烯丙烯酸共聚物硬質材料軟化溫度為80°C,Rockwell硬度為93，抗拉強度為11.5MPa，抗壓強度為36MPa，彈性模量為107MPa ；
[0070]B、中層為改性聚氨酯彈性體，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成，25份聚氧化丙烯醚二元醇，40份二苯基甲烷二異氰酸酯，4.94份I，4_丁二醇擴鏈劑，0.06份二月桂酸二丁基錫催化劑和30份二甲苯溶劑；
[0071]所制備的改性聚氨酯彈性體軟化溫度為63°C，邵氏硬度75，抗拉強度為70MPa，彈性模量為380MPa;
[0072]C、頂層為透氣抗菌的尼龍木棉纖維復合材料，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成:60份尼龍66，35份木棉纖維，5份含Ag沸石；
[0073]所制備的尼龍木棉纖維復合材料軟化溫度為95°C，抗拉強度為97MPa，彈性模量為1.87GPa；
[0074](3)分析體重為G kg的老人對足部的載荷分布影響，根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒；
[0075]所述熱塑性乙烯丙烯酸共聚物硬質材料底層的平均厚度MFI區(qū)為2.5mm、其余各區(qū)為1.5mm;改性聚氨酯彈性體中層平均厚度MFI區(qū)為1.5mm、其余各區(qū)為2.5mm;尼龍木棉纖維復合材料頂層平均厚度為1mm、使用按摩顆粒結構和/或肌肉保護紋理結構；
[0076](4)將鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，噴頭1、2、3分別安裝所準備的熱塑性乙烯丙烯酸共聚物硬質材料、改性聚氨酯彈性體、尼龍木棉纖維復合材料，打印溫度分別設置為100°C、85°C、120°C，填充率分別設置為80%、60%、100%，由計算機程序控制按次序打印鞋墊的底層、中層和頂層結構。
[0077]實施例3(糖尿病人)
[0078]一種個性化訂制3D鞋墊及其制作方法，包括:
[0079](I)首先讓某一糖尿病人單腳站立，另一下肢屈膝上抬，小腿垂直往下，用稍硬板塊保持腳掌水平抬起，準備手機攝像頭分別位于足底的正面和斜面五個角度，每次抽開板塊快速拍照;通過軟件錄入糖尿病人的體重G(kg)、腳掌長度L(mm)和寬度W(mm)，分析數(shù)據(jù)建立三維腳模；
[0080]將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側;根據(jù)腳掌長度寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心；描繪計算出距腳掌最低面3*ln G mm的水平面A的面積及其質心；分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離，判斷扁平足足型；分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、M1、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO等8區(qū)總面積的商值Al，分析糖尿病人足型;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面；
[0081](2)根據(jù)糖尿病人的足部健康狀況，鞋墊由以下三層材料構成:
[0082]A、底層為耐磨的熱塑性高分子聚合物硬質材料，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成:60份葡甘聚糖，30份聚乙稀醇，10份高嶺土 ；
[0083]所制備的熱塑性高分子聚合物硬質材料軟化溫度為86°C,Rockwell硬度為98，抗拉強度為10.7MPa，抗壓強度為32MPa，彈性模量為142MPa;
[0084]B、中層為改性聚氨酯彈性體，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成，26份聚四氫呋喃二醇，40份甲苯二異氰酸酯，3.97份縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷擴鏈劑，0.03份N，N-二甲基環(huán)己胺催化劑和30份苯溶劑；
[0085]所制備的改性聚氨酯彈性體軟化溫度為60°C，邵氏硬度72，抗拉強度為50MPa，彈性模量為415MPa;
[0086]C、頂層為透氣抗菌的尼龍竹纖維復合材料，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成:75份尼龍1010，20份苧麻纖維，5份吡啶季銨鹽型陽離子聚丙烯酰胺抗菌劑；
[0087]所制備的尼龍苧麻纖維復合材料軟化溫度為92°C，抗拉強度為92MPa，彈性模量為2.8GPa；
[0088](3)分析體重為G kg的糖尿病人對足部的載荷分布影響，根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒；
[0089]所述熱塑性高分子聚合物硬質材料底層的平均厚度Tl、M1-M5區(qū)為1.5mm，其余各區(qū)為2.5mm;改性聚氨酯彈性體中層平均厚度Tl、M1-M5區(qū)為2.5mm，其余各區(qū)為1.5mm;尼龍苧麻纖維復合材料頂層平均厚度為Imm;使用按摩顆粒結構和/或肌肉保護紋理結構；
[0090](4)把鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，噴頭1、2、3分別安裝所準備的熱塑性高分子聚合物硬質材料、改性聚氨酯彈性體、尼龍苧麻纖維復合材料，打印溫度分別設置為90 °C、80 °C、120 °C，填充率分別設置為100 %、50 %、100 %，由計算機程序控制按次序打印鞋墊的底層、中層和頂層結構。
[0091]實施例4(跑步運動員)
[0092]一種個性化訂制3D鞋墊及其制作方法，包括:
[0093](I)首先讓某一跑步運動員單腳站立，另一下肢屈膝上抬，小腿垂直往下，用稍硬板塊保持腳掌水平抬起，準備手機攝像頭分別位于足底的正面和斜面五個角度，每次抽開板塊快速拍照;通過軟件錄入運動員的體重G(kg)、腳掌長度L(mm)和寬度W(mm)，分析數(shù)據(jù)建立三維腳模；
[0094]將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側；
[0095]根據(jù)腳掌長度寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心；描繪計算出距腳掌最低面3*ln G mm的水平面A的面積及其質心;分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離，判斷足型；分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、M1、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO等8區(qū)總面積的商值Al，分析運動員足型;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面；
[0096](2)根據(jù)運動員的足部健康狀況和運動爆發(fā)力需求，鞋墊由以下三層材料構成:
[0097]A、底層為耐磨的熱塑性高分子聚合物硬質材料，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成:60份聚二甲基硅氧烷，25份聚甲基丙烯酸甲酯，15份二氧化硅；
[0098]所制備的熱塑性高分子聚合物硬質材料軟化溫度為100°C,Rockwell硬度為72，抗拉強度為15MPa，抗壓強度為5 IMPa，彈性模量為280MPa ；
[0099]B、中層為改性聚氨酯彈性體，由下述原料按重量份數(shù)計配制而成，30份聚氧化丙烯醚二元醇，20份二苯基甲烷二異氰酸酯，8份縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷擴鏈劑，
0.05份二月桂酸二丁基錫催化劑和41.95份環(huán)己酮溶劑；
[0100]所制備的改性聚氨酯彈性體軟化溫度為80°C，邵氏硬度60，抗拉強度為70MPa，彈性模量為420MPa;
[0101]C、頂層為透氣抗菌的尼龍棉花桿纖維復合材料，由下述原料按重量百分比配制而成:80份尼龍6T，18份棉花桿纖維，2份氯代十六烷基吡啶抗菌劑;所制備的尼龍棉花桿纖維復合材料軟化溫度為120 0C，抗拉強度為92MPa，彈性模量為2.7GPa;
[0102](3)分析體重為G kg的跑步運動員對足部的載荷分布影響，根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒；
[0103]所述熱塑性高分子聚合物硬質材料底層的平均厚度MF1、MF0區(qū)為2.0mm，其余各區(qū)為1.5mm;改性聚氨酯彈性體中層平均厚度MF1、MF0I區(qū)為1.5mm、其余各區(qū)為2.0mm;尼龍竹纖維復合材料頂層平均厚度為1.2mm;使用按摩顆粒結構、肌肉保護紋理結構和/或韌帶增護理結構；
[0104](4)將鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，噴頭1、2、3分別安裝所準備的熱塑性高分子聚合物硬質材料、改性聚氨酯彈性體、尼龍棉花桿纖維復合材料，打印溫度分別設置為120 °C、100 °C和150 °C，填充率分別設置為80 %、30 %、100 %，由計算機程序控制按次序打印鞋墊的底層、中層和頂層結構。
【主權項】
1.一種個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:具體包括以下步驟: 第一步，腳模數(shù)據(jù)采集: (1)使用手機攝像頭或其他照相儀器，對人體足部進行多角度拍照，獲取足部尺寸基本數(shù)據(jù)，包括腳掌的長度和寬度，建立足部三維模型； (2)將足底分區(qū)，通過足底每個區(qū)的相關數(shù)據(jù)，分析足部的健康狀況，確定每個區(qū)的三維曲面和足部的三維曲面； 所述足底分區(qū)是指將足底劃分為11個區(qū):Tl第一趾骨，Ta第二到第五趾骨，Ml第一跖骨，M2第二跖骨，M3第三跖骨，M4第四跖骨，M5第五跖骨，MFI足弓內側，MFO足弓外側，HI足跟內側，HO足跟外側； 所述通過足底每個區(qū)的相關數(shù)據(jù)，分析足部的健康狀況具體是指根據(jù)腳掌長度和寬度對每個區(qū)進行參考計算，描繪計算出每個區(qū)的三維平面、面積、質心;再描繪計算出距腳掌最低面3*lnG mm的水平面A的面積及其質心；然后分別描繪出水平面A上Ml和H1、M5和HO的相切線，并計算出MFI和MFO區(qū)質心與兩條切線的距離;最后分別描繪出水平面A上HO和HI兩區(qū)、M1、M5的質心連線，并計算出MFO面積與M1-M5、H0、HI和MFO 8個區(qū)總面積的商值Al，根據(jù)上述的數(shù)據(jù)分析足部的健康狀況，確定足型;通過上述數(shù)據(jù)確定每個區(qū)的三維曲面； 第二步，鞋墊材料制備:所述鞋墊包括底層、中層和上層，各層采用的材料為底層材料為熱塑性聚合物硬質材料，中層材料為改性聚氨酯熱塑性彈性體，頂層材料為尼龍植物纖維復合材料； 第三步，鞋墊結構設計:根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型，所述鞋墊結構模型包括鞋墊底層、中層和頂層的三維曲面形狀、中層和底層不均勻的厚度、中層和底層的填充率以及鞋墊頂層上的按摩凸粒； 第四步，鞋墊3D打印:將鞋墊結構模型導入三噴頭熔融沉積的3D打印系統(tǒng)，使用第二步的鞋墊材料按次序打印鞋墊底層、中層和頂層結構。2.根據(jù)權利要求1所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:第二步中所述熱塑性聚合物硬質材料由以下按重量份數(shù)計的原料制備而成:80-90份熱塑性高分子材料，10-20份無機填料。3.根據(jù)權利要求2所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:所述熱塑性高分子材料為聚己內酯，聚二甲基硅氧烷，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚乙烯基吡咯烷酮，聚醚醚酮，聚甲基丙烯酸甲酯，聚醋酸乙烯酯，乙烯丙烯酸共聚物，聚乙烯醇，聚乳酸，聚羥基烷酸酯或葡甘聚糖中的一種以上； 所述無機填料為碳酸鈣、二氧化硅、高嶺土或鈦白粉中的一種以上。4.根據(jù)權利要求1所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:第二步中所述改性聚氨酯熱塑性彈性體由下述按重量份數(shù)計的原料制備而成:10?30份二元醇，20?60份二異氰酸酯，3?20份擴鏈劑，0.02?0.06份催化劑和20?40份有機溶劑。5.根據(jù)權利要求4所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:所述二元醇為聚四氫呋喃二醇，聚己內酯二元醇，聚氧化丙烯醚二元醇和丁二酸聚酯二醇中的一種以上;所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯和苯二亞甲基二異氰酸酯中的一種以上； 所述擴鏈劑為I，4_丁二醇，縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種以上;所述催化劑為二月桂酸二丁基錫或N，N-二甲基環(huán)己胺中的一種以上;所述有機溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、苯、二甲苯或環(huán)己酮中的一種以上。6.根據(jù)權利要求1所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:第二步中所述尼龍植物纖維復合材料由下述按重量份數(shù)計的原料制備而成:60-80份尼龍原料，20-35份植物纖維，1-5份抗菌劑。7.根據(jù)權利要求6所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:所述尼龍原料為尼龍6，尼龍66，尼龍610，尼龍1010，尼龍6T或尼龍1T中的一種； 所述植物纖維為木肩纖維，竹肩纖維，稻殼纖維，稻草纖維，麥秸桿纖維，玉米秸桿纖維，棉花桿纖維，甘蔗纖維，亞麻纖維，苧麻纖維，黃麻纖維，竹纖維，棉纖維，木棉纖維，劍麻纖維，蕉麻纖維或椰子纖維中一種以上； 所述抗菌劑為殼聚糖、茶多酚、十二烷基鹽酸鹽、吡啶季銨鹽型陽離子聚丙烯酰胺、含Ag沸石或有機季銨鹽中的一種以上。8.根據(jù)權利要求1所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:第三步中所述按摩凸粒設置于鞋墊的頂層，所述按摩凸粒在鞋墊頂層形成的結構為按摩顆粒結構、肌肉保護紋理結構、韌帶增護紋理結構或足弓支撐紋理結構中的一種以上； 所述按摩顆粒結構是指按摩凸粒設于足底各分區(qū)的分區(qū)間隙;所述肌肉保護紋理結構是指按摩凸粒設于足底各肌肉間隙;所述韌帶增護紋理結構是指按摩凸粒設于足底長韌帶的外周和間隙區(qū)域;所述足弓支撐紋理結構是指按摩凸粒設于內側足弓、外側足弓和橫弓區(qū)域； 第三步中所述底層、中層和頂層的填充率分別設置為50?100%、5?100%、100% ; 第四步中所述打印鞋墊底層、中層和頂層的溫度分別為80?120°C、60?100 °C和100?150。。。9.根據(jù)權利要求8所述個性化3D打印鞋墊的制作方法，其特征在于:所述按摩顆粒結構是指按摩凸粒設于Tl和Ta分區(qū)頂端，Tl-Ta和M1-M5分區(qū)間隙，MFI分區(qū)內側，HI和HO分區(qū)的總質點圓環(huán)； 所述肌肉保護紋理結構是指按摩凸粒設于足底最下層的拇展肌、趾短曲肌和小趾展肌的間隙。10.—種由權利要求1?9任一項所述的制作方法得到的個性化3D打印鞋墊。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鞋墊制作的技術領域，公開了一種個性化3D打印鞋墊及其制作方法。方法為：(1)獲取足部尺寸基本數(shù)據(jù)，建立足部三維模型；將足底分區(qū)，通過足底每個區(qū)的相關數(shù)據(jù)，分析足部的健康狀況，確定每個區(qū)的三維曲面和足部的三維曲面；(2)所述鞋墊包括底層、中層和上層，底層材料為熱塑性聚合物硬質材料，中層材料為改性聚氨酯彈性體，頂層材料為尼龍植物纖維復合材料；(3)根據(jù)足部三維模型、足底各區(qū)的相關數(shù)據(jù)、足部的健康狀況以及個人需求推導出貼合足部的鞋墊結構模型；(4)鞋墊3D打印。本發(fā)明的方法經(jīng)濟、便捷、高效，并可以針對足底不同區(qū)域進行局部材料性能的個性化調節(jié)，制備出能夠滿足不同人需求的鞋墊。
【IPC分類】B33Y70/00, B33Y10/00, B29C67/00, B33Y80/00
【公開號】CN105711091
【申請?zhí)枴緾N201610076403
【發(fā)明人】勞永華, 黃岳山, 黃育銘, 支曉興
【申請人】華南理工大學