CN108995202A - 一种基于蜂窝结构的3d打印减压鞋垫制作方法 - Google Patents

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闫健卓
李仲麒
袁艳萍
陈继民
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Abstract

本发明公开了一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，可以定制化的生产这种带有减少足底压力功能的鞋垫，包括以下内容：通过步态分析仪，获得使用者足底压力数字图像，并利用轮廓提取算法提取足底压力区域。三维扫描使用者足部，根据使用者的足部模型以及足底压力区域，建立定制化蜂窝结构减压鞋垫模型。最终根据需求选择相应材料进行3D打印，最终实现定制化生产。

Description

一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，可以减小足底压力，吸收走路过程中地面与脚掌接触产生的能量，实现对走路过程中脚底的缓冲。
背景技术
蜂窝结构，作为多孔结构中经典且具有代表性的一种结构，因其特殊的规则性吸引着国内外学者不断深入研究。蜂窝结构是一种仿生结构，主要来自于蜂巢的内部结构。它由多个正六角形背对背依次排列组合而成。蜂窝结构有着优异的几何力学性能，蜂窝结构是覆盖二维平面的合适拓扑结构。
蜂窝结构作为一种轻质的、物理功能卓越以及结构功能一体化的新型优异性能结构，广泛地应用在国防、化工、电子、信息、建筑、交通等各个领域。其中结构学家和材料学家们竭力揭示了蜂窝结构因其几何特征的与众不同，同时借助蜂窝材料的独特性能，二者结合可在结构研究领域中发挥着不可估量的作用。
蜂窝式结构的优点在于高强度比和大刚度比，是一种轻型吸能抗压结构。它由一个个六边形基本单元组成。将六边形蜂窝式结构设计在足底减压垫片中，不仅有利于材料减少后的轻量化，还能提高足底垫片的吸能防撞能力。
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，适合生产各种定制产品。相较于传统工艺，该技术可以较为简便、快速的生产各类蜂窝结构。
基于上述考虑，我们结合蜂窝结构和定制化鞋垫，利用3D打印技术生产，发明一种基于3D打印的蜂窝结构减压鞋垫。
发明内容
本发明将蜂窝结构、定制化鞋垫与3D打印技术相结合，实现一种利用3D打印生产的蜂窝结构减压鞋垫。
本发明采用的技术方案为一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，该方法的工作原理：
第一步：利用一台步态分析仪，得到使用者的基于足底压力分布的数字图像，并利用轮廓提取算法提取出数字图像中的足底压力分布区域。
第二步：利用三维扫描仪扫描使用者足部，建立鞋垫三维模型，根据第一步所得的足底压力分布区域，在鞋垫三维模型足底压力对应位置添加蜂窝结构，重新生成带蜂窝结构的鞋垫三维模型。
第三步：利用三维打印机生产带蜂窝结构的鞋垫。
第四步：对生产出来带蜂窝结构的鞋垫进行切边、打磨等预处理，抛光或者进行纱棉材质贴付，提高带蜂窝结构的鞋垫舒适度，最后交给鞋垫使用者。
生产的带蜂窝结构的鞋垫可以有效减小足底压力。同时根据使用者不同，可以定制化的进行调整，实行个性化私人订制减压鞋垫。
本发明技术特征：
打印前需要利用步态分析仪，获取使用者的足底压力分布数字图像。
利用轮廓提取算法，获取足底压力分布数字图像的足底压力区域。
利用三维扫描仪扫描患者足部模型数据，再利用已有建模软件，建立鞋垫三维模型。
根据足底压力区域在鞋垫模型对应位置生成蜂窝结构。
鞋垫材料为柔性材料，根据鞋垫材料设定切片参数，对鞋垫模型进行切片，生成打印机控制代码。
将打印机控制代码导入3D打印机。
打印机接受数据开始打印，获得鞋垫。
本发明中，蜂窝结构减压鞋垫生产设备包含：高精度三维扫描仪，步态分析仪，3D打印设备。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中：1.足部 2.步态分析仪 3.计算机系统 4.3D打印机 5.有蜂窝结构减压鞋垫6.三维扫描仪。
具体实施方式
首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
整个装置如附图所示。使用者首先将足部1在步态分析仪2上进行测量，得到使用者的足底压力分布数字图像，并将数字图像输入计算机系统3。之后使用者将足部1放在三维扫描仪6上进行三维扫描，得到足部模型，将足部模型输入计算机系统3中。操作计算机系统3，利用轮廓提取算法将足底压力分布数字图像中的足底压力区域。操作计算机系统3，根据使用者足部模型生成使用者鞋垫模型，并根据足底压力区域在鞋垫对应位置生成蜂窝减压结构，得到减压鞋垫三维模型。计算机系统3对减压鞋垫三维模型进行切片等操作得到控制3D打印机的Gcode代码，并将Gcode代码输入3D打印机4中。3D打印机4收到Gcode代码后，开始打印，打印材料为柔性材料，最后得到鞋垫5。
利用该方法生产出的鞋垫，可以有效减小使用者走路时足底对地面的压力，吸收走路过程中产生的冲击，实现对足底的保护。

Claims (9)

1.一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：该方法的工作原理：
第一步：利用一台步态分析仪，得到使用者的基于足底压力分布的数字图像，并利用轮廓提取算法提取出数字图像中的足底压力分布区域；
第二步：利用三维扫描仪扫描使用者足部，建立鞋垫三维模型，根据第一步所得的足底压力分布区域，在鞋垫三维模型足底压力对应位置添加蜂窝结构，重新生成带蜂窝结构的鞋垫三维模型；
第三步：利用三维打印机生产带蜂窝结构的鞋垫；
第四步：对生产出来带蜂窝结构的鞋垫进行切边、打磨等预处理，抛光或者进行纱棉材质贴付，提高带蜂窝结构的鞋垫舒适度，最后交给鞋垫使用者。
2.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：打印前需要利用步态分析仪，获取使用者的足底压力分布数字图像。
3.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：利用轮廓提取算法，获取足底压力分布数字图像的足底压力区域。
4.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：利用三维扫描仪扫描患者足部模型数据，再利用已有建模软件，建立鞋垫三维模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：根据足底压力区域在鞋垫模型对应位置生成蜂窝结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：鞋垫材料为柔性材料，根据鞋垫材料设定切片参数，对鞋垫模型进行切片，生成打印机控制代码。
7.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：将打印机控制代码导入3D打印机。
8.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：打印机接受数据开始打印，获得鞋垫。
9.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝结构的3D打印减压鞋垫制作方法，其特征在于：使用者首先将足部(1)在步态分析仪(2)上进行测量，得到使用者的足底压力分布数字图像，并将数字图像输入计算机系统(3)；之后使用者将足部(1)放在三维扫描仪(6)上进行三维扫描，得到足部模型，将足部模型输入计算机系统(3)中；操作计算机系统(3)，利用轮廓提取算法将足底压力分布数字图像中的足底压力区域；操作计算机系统(3)，根据使用者足部模型生成使用者鞋垫模型，并根据足底压力区域在鞋垫对应位置生成蜂窝减压结构，得到减压鞋垫三维模型；计算机系统(3)对减压鞋垫三维模型进行切片等操作得到控制3D打印机的Gcode代码，并将Gcode代码输入3D打印机(4)中；3D打印机(4)收到Gcode代码后，开始打印，打印材料为柔性材料，最后得到鞋垫(5)。
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