CN110370647A - 一种3d打印鞋垫及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印鞋垫及其制作方法，包括一种3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，方法包括以下步骤：步骤S1：采取与制作鞋垫相关的数据；步骤S2：鞋垫的材料制备；步骤S3：鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型；及步骤S4：将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品；不同于以往的3d打印鞋垫，该发明将点阵晶体结构运用于鞋垫中，且调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构，从而实现真正意义上的人性化。

Description

一种3D打印鞋垫及其制作方法

【技术领域】

本发明涉及鞋垫制作的技术领域，具体是一种3D打印鞋垫及其制作方法。

【背景技术】

鞋垫作为脚和鞋体接触的直接承压部位，无疑是一双鞋中最影响人体体验感受的组件。

一双好的鞋垫，由结构、材料、加工工艺多重方面影响；其可补充脚掌和鞋床之间的空位，防止脚在鞋子内部滑动，同时，鞋垫兼顾透气导湿、缓震、保健等作用，但是由于人体的形体差异，其脚型和尺寸各有千秋，传统的鞋垫往往很难完全匹配；

由此个性化定制鞋垫应运而生，目前的技术大致为传统手工铸模打造和计算机辅助设计，计算机辅助设计可以根据对脚部的3D扫描数据创建，所以能够完美匹配脚型。而这不但能给予穿戴者最佳的舒适感，还有助于治疗脚部疾病；因此世界很多地方都出现了提供这种鞋垫制造的技术；但是目前的技术普遍存在以下一些诟病和不足。

1、现有的3D打印鞋垫中，已经阐述了首先采集脚部数据后，根据脚型尺寸通过数据处理生成立体模型的方式；但是未考虑到人体在使用鞋垫时，大部分时间是动态行为，因此仅以静态情况时作力学分析，而不参考人体日常经常使用的环境，是不合理的方式，因此现有技术提出一种采取生活项目的压力数据说法，但是并未能根据所获压力数据做出针对性的定制性改进。

2、现有的3D打印鞋垫中，同一个鞋垫的制作过程中仅仅保证了其形貌符合人的脚型，而不同人体的使用情况不同，脚在鞋垫各个区域的受力也存在差异性，因此现有技术提出通过不同材料来针对鞋垫不同区域，进行个性化调节的技术手段，但是该方式仅仅为不同材料堆积而成实心空间鞋垫，且材料多为热塑性材质，透气性和力学弹性不足，无法作为力学承载最优的方案。

因此，如何让3D打印鞋垫达到真正意义上的人性化；是现有技术有待解决的问题。

【发明内容】

为克服上述问题，本发明提供一种3D打印鞋垫及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一技术方案如下：本发明提供一种3D打印鞋垫及其制作方法，方法包括以下步骤：步骤S1：采取与制作鞋垫相关的数据；步骤S2：鞋垫的材料制备；步骤S3：鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型；及步骤S4：将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品；其中步骤S3中，鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型的具体处理步骤包括：步骤S301，根据步骤S1中的所述数据，将其数据导入至数据处理软件，生成初始的鞋垫结构模型。步骤S302：分析处理步骤S1中所述数据，在数据处理软件中手动或者自动矫正鞋垫足弓处支撑，建立与人体足部数值相适配的鞋垫结构模型；及步骤S303：根据步骤S1中的所述数据,对鞋垫结构模型各区域进行足部受力形态分析，在软件设计库中调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构；步骤S304：将鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，得到优化后的鞋垫结构模型。

优选地，所述S304中，将鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，得到优化后的鞋垫结构模型，具体包括以下步骤：步骤S3041：将鞋垫结构模型导入数据处理软件中，且将鞋垫结构模型参数化；步骤S3042：根据步骤S1的结果，将参数化的鞋垫结构模型的重点受力区域的参数保留，将与用户日常行为无关的参数区域去除，以建立点阵结构的高质量响应面；步骤S3043：根据步骤S1的结果定义重点受力区域的优化区域，将该处的多晶体点阵结构进行可靠性，稳健性优化计算；步骤S3044：对最终的多晶体点阵结构设计进行验证性分析。

优选地，S1中，采取与制作鞋垫相关的数据，具体包括以下步骤：步骤S101：采集人体的脚掌尺寸数据；步骤S102：采集人体的健康状况数据；步骤S103：通过压力测试设备测量人体在静态时脚底的压力数据；及步骤S104：通过压力测试设备测量人体在生活活动时脚底的压力数据。

优选地，S2中，鞋垫的材料制备，具体包括以下步骤：

步骤S201:根据S1获取数据结果，将鞋垫进行分区；

步骤S202:根据步骤S1获取数据结果，对应不同区域配置不同的材料；。

优选地，S4中，将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品，具体包括以下步骤：步骤S401：将步骤3中鞋垫结构模型导入至3D打印机切片处理软件中，设定模型摆放角度，切片厚度等参数，对鞋模进行切片，生成可供打印机打印的点阵结构鞋垫结构模型路径数据；步骤S402：将步骤S401中的鞋垫结构模型路径数据导出，并输入至3D打印机；骤S403：采用多组分喷头的3d打印机来打印，多个喷头携带多种材料一起完成鞋垫制作。

优选地，进一步包括步骤S5：鞋垫成品后处理，其具体处理方式可为抛光处理、表面涂层、上色的任一方式或者组合。

优选地，材料包括橡胶、PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS。

优选地，点阵晶体结构包括M型，N型，X型,Y型，米型。

优选地，S4中，将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品，进一步3D打印机打印的层厚为0.03-0.1mm。

一种3D打印鞋垫，其特征在于，该鞋垫在制作时需执行如上述整体的方法，或者执行其中任一项或者组合的步骤

与现有技术相比，本发明所提供的一种3D打印鞋垫及其制作方法具有如下的有益效果：

1、不同于以往的3d打印鞋垫，该发明将点阵晶体结构运用于鞋垫中，且调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构，从而实现真正意义上的人性化，且鞋垫不限制同一种材料和点阵晶体结构的类型，针对用户个人的需求，运用不同的点阵晶体结构来进行力学属性匹配，传统3d鞋垫仅考虑吻合用户脚型，但是却没有根据用户个人生活习惯和用户的个人特点来进行专一的匹配。

2、对鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，识别重要参数，过滤无关参数，建立点阵结构的高质量响应面，以及后续的验证分析，从而不断优化多晶体点阵结构的质量。

3、以往的采集数据仅仅采集用户的尺寸，但是未考虑用户静态、动态、以及生活的数据，特别是用户的健康状态，很多个性化定制的3d打印数据收集没有涉及到，但是用户的健康状态是细节而且影响十分重要的部分。

4、该发明所阐述的3D打印鞋垫材料可为橡胶、PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS的任一种或者组合，因此该3D打印鞋垫材料可由多种材料组成，通过拼接或者多喷头打印成型，材料和根据用户脚部具体的情况设定，达到真正的人性化。

5、3D打印鞋垫在出成品之后，有进一步的后处理工作，如抛光处理、表面涂层、上色等，可使得鞋垫光泽度和色彩度更为鲜明，也可起到保护鞋垫的作用。

6、3D打印机打印的层厚为0.03-0.1mm，是为保证打印的过程中效率最高化，不会出现互相粘合的现象。

【附图说明】

图1是本发明提供的一种3D打印鞋垫制作方法的流程图；

图2是本发明第一实施例图1所示的步骤S1的具体流程图；

图3是本发明第二实施例图1所示的步骤S2的具体流程图；

图4是本发明第三实施例图1所示的步骤S3的具体流程图；

图5是本发明第四实施例图4所示的步骤S304的具体流程图；

图6是本发明第五实施例图1所示的步骤S4的具体流程图；

图7是本发明第六实施例对应解释第一实施例中步骤S1的第一示意图；

图8是本发明第六实施例对应解释第一实施例中步骤S1的第二示意图；

图9是本发明第六实施例对应解释第一实施例中步骤S1的第三示意图；

图10是本发明第六实施例对应解释第三实施例中步骤S3的第一示意图；

图11是本发明第六实施例对应解释第三实施例中步骤S3的第二示意图；

图12是本发明第六实施例对应解释第三实施例中步骤S3的第三示意图；

图13是本发明第六实施例对鞋底进行设置防滑底纹以及弹力部的示意图；

图14是本发明第六实施例对应解释第三实施例中步骤S3的第四示意图；

图15是本发明第六实施例对应解释第三实施例中步骤S3的第五示意图；

图16是本发明第六实施例示出了M型多晶体点阵结构的示意图；

图17是本发明第六实施例示出了X型多晶体点阵结构的示意图；

图18是本发明第六实施例经第五实施例处理后的成品示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种3D打印鞋垫及其制作方法，用于智能化的推荐给人体商品。

图1是本发明实施方式的针对3D打印鞋垫制作方法的流程图，在本发明实施方式中，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：采取与制作鞋垫相关的数据；

步骤S2：鞋垫的材料制备；

步骤S3：鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型；

步骤S4：将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品；

步骤S5：鞋垫成品后处理。

要说明的是：其中步骤S1可以理解为该3D打印鞋垫及其制作方法的数据采集，其目的主要是均可为后续的步骤S2、步骤S3提供准备，因此可以理解，步骤S2和步骤S3并不限定步骤先后，因此也可简单理解该发明的流程为：采取与制作鞋垫相关的数据、设计与分析、3D导出打印、后处理。

上述其中，“采取脚部数据”为基于考虑到不同人体由于体质的不同，导致存在以下的问题：

1)个体差异：

①标准尺码只有脚长一个参数标准，但是同脚长的情况下，脚宽存在很大的差异，另外，足底外沿、脚趾的排列、足背的轮廓的也存在不同，因此影响同一鞋垫的尺码和一定的包裹性。

②体重数据不同，同样规格的鞋垫由于不同个人的重量不一样，导致其受力情况不一；

③使用情况不同，不同人体有针对不同的使用环境，如某一类型的人多用于运动环境，或者仅是商务步行，或者长途跋涉；

2)自身差异：同一个人左右脚也存在差异，人体左右脚可能存在轻微差异，个别人由于长期承力于某一边的脚，如长期的“二郎腿”行为，因此严谨的个性化定制，统一的鞋垫不能左右镜像获取，而应重视人体的实际特征。

3)人群差异：如该3D打印鞋垫制作时是针对某一类人群的；示例性的如：如果人体为扁平足少儿群体，就因根据到扁平足这一病理来制定不同的方案。

上述其中，“鞋垫的材料制备”应基于以下因素：

1)不同部位受力情况肯定存在差异，应对应设置不同的材料，示例性的如：通常脚心和脚趾间为最容易积汗的部位，可针对对应的部位设置易透气的材料。

2)针对上述“个体差异”进行针对性设计，本领域人员应当理解，此处不再过多给予阐述。

上述其中“鞋垫的结构设计和分析”可为用计算机存储介质进行设计以及实验分析，从而建立最优的立体模型，在本发明中，其实施时重点可包括以下因素：

1)计算机储存介质，即可理解为数据处理软件，所述数据处理软件应有以下用处：将所采集到的脚型尺寸数据通过数据处理软件处理生成立体模型，结合测得压力数值，可分析出多层鞋垫数据化模型的平面数据；

2)结构设计应和分析相生相成，分析不应只限定仅只有力学受力分析，还应采用实际使用模拟、使用者评价反馈、将鞋垫进行折叠实验、特殊场景实验。

以上，对本发明提供的方法的整体流程以及部分特征词汇进行了说明，下面结合实施例对本发明的方法的详细流程进行说明。

实施例一：

请参阅图2，本发明提供的第一实施例，3D打印鞋垫制作的方法为图1所示的方法中的所有处理方式，其中，实施例一仅为针对步骤S1的一种具体实施方式，在步骤S1中，鞋垫的采取脚部数据，具体包括步骤S101～S104；请参阅图2所示：

步骤S101：采集人体的脚掌尺寸数据。

步骤S102：采集人体的健康状况数据。

步骤S103：通过压力测试设备测量人体在静态时脚底的压力数据。

步骤S104：通过压力测试设备测量人体在生活活动时脚底的压力数据。

可以理解：步骤S101～步骤S104，其顺序不分先后，主要是获取相关数据。

所述“采集人体脚掌尺寸数据”的方法包括a.印模制作；b.人工扫描；c.CT扫描的任一种，示例性的如：使用电子设备，如3D扫描仪或者视觉摄像头对任意足部进行多角度的拍照，该方式不限定于直接利用机器视觉进行图像识别或者后续人工处理图像，只需目的为获取足部的尺寸基本数据即可，数据可包括脚掌的长度、宽度、厚度、形状特征；一些实施例中，会获取人体的骨质特征，如趾骨、砳骨、足弓内侧，足根的骨头密度分布。

所述“采集人体的健康状况数据”的方法其中一种包括：根据人体以往病例单、进行人体体检、对人体进行健康测试；以得到人体的健康状况数据。

所述“测量人体在静态时脚底的压力数据”为人体相对静态的时候，模拟的脚底压力数据，其所述相对静态可以理解为人体在不移动的情况下，而非完全静止，如站立、半蹲等。

所述“测量人体在生活活动时脚底的压力数据”为人体在日常生活的动态情况和/或生活一些特殊习惯的情况下测得的压力数据，如下蹲时的压力分布，坐姿状态时的压力分布；比如在快跑和慢跑下的步态特征，也有特殊习惯，如某用户为跳远运动员，在不断起跳中，那么对其鞋垫后跟的压力无疑是最大的。

所述“压力测试设备”为一种可为专业的测量仪器，也可为其他的非专业的仪器，如可让用户踩至可弹性形变的材料上，通过对材料进行受力分析同样可以获得压力数据，本发明并不予以限定。

实施例二：

请参阅图3，本发明提供的第二实施例，3D打印鞋垫制作的方法为图1所示的方法中的所有处理方式，其中，实施例二仅为针对步骤S2的一种具体实施方式，在步骤S2中，鞋垫的材料制备，具体包括步骤S201～S202；请参阅图3所示：

步骤S201:根据S1获取数据结果，将鞋垫进行分成至少两个区域；及

步骤S202:根据步骤S1获取数据结果，对应不同区域配置匹配的材料。

可以理解，上述步骤S201中“分成至少两个区域”，其根据用户在步骤1中所测的数据予以判定，示例性的如：通过用户在步骤1测得的动静态压力数据得知，某用户脚底的压力数据有三个受力较大的区域，则将将鞋垫进行分成至少三个区域，因此上述步骤S202的具体实施，依照用户在步骤1中的结果予以不同的区分。

同理，上述步骤S202中“匹配”，同样依照用户在步骤1测得的动静态压力数据加以判断，示例性的如，某用户脚底的压力数据有三个区域，其中一个区域受力远大于其他区域，且该该区域对应人体后跟骨处，那么对应该区域应设置减震的弹性材质，可选地如PU材料。

进一步地，可用于打印鞋垫的热塑性材料包括橡胶、PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS，打印前可先测试出各种物料成型后的密度、拉伸强度、弯曲模量和收缩率等，然后选有合适的打印成鞋垫，通过加热打印喷嘴至200～300摄氏度，不同温度下各材料特性均有所变化，而使热塑性材料在打印后能够熔融沉积成型为各种不同形状、大小的鞋垫，除了添加不同给的材料和温度控制鞋垫的软硬度，也可根据材料特性来控制加热温度，降低材料冷却成型时的收缩性，并保持良好的尺寸稳定性。

通常实际使用时，使用一些测试的打印对象作为参考，测试不同的材料密度，不断探索不同的填充率效果，从中找到最合适的那种材质。

实施例三：

请参阅图4，本发明提供的第三实施例，3D打印鞋垫制作的方法为图1所示的方法中的所有处理方式，其中，实施例三仅为针对步骤S3的一种具体实施方式，在步骤S3中，鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型，具体包括步骤S301～S303；请参阅图3所示：

步骤S301，根据步骤S1中的所述数据，将其数据导入至数据处理软件，生成初始的鞋垫结构模型；

步骤S302：分析处理步骤S1中的压力数据，在数据处理软件中手动或者自动矫正鞋垫足弓处支撑，建立与人体足部数值相适配的鞋垫结构模型；

步骤S303：根据步骤S1中的所述数据,对鞋垫结构模型各区域进行足部受力形态分析，在软件设计库中调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构；

步骤S304：将鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，得到优化后的鞋垫结构模型。

可以理解：点阵晶体结构包括M型，N型，X型，Y型，米型等，根据足部受力形态对应设置不同的点阵晶体，以形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构。

请参阅图5，可以理解，此时的鞋垫结构模型已经具有较好的足部贴合度，为了提高鞋垫的结构力学属性和便捷轻量化生产，现进行点阵结构参数化处理，即为步骤S304,具体方法为：

步骤S3041：将鞋垫结构模型导入数据处理软件中，且将鞋垫结构模型参数化；

步骤S3042：根据步骤S1的结果，将参数化的鞋垫结构模型的重点受力区域的参数保留，将与用户日常行为无关的参数区域去除，以建立点阵结构的高质量响应面；

步骤S3043：根据步骤S1的结果定义重点受力区域的优化区域，将该处的多晶体点阵结构进行可靠性，稳健性优化计算；及

步骤S3044：对最终的多晶体点阵结构设计进行验证性分析，得到优化后的鞋垫结构模型。

实施例四：

本发明提供的第四实施例，3D打印鞋垫制作的方法为图1所示的方法中的所有处理方式，其中，实施例四仅为针对基于实施例三基础上的一种方式，在步骤S4中，鞋垫的材料制备，具体包括步骤S401～S403；请参阅图3所示：

步骤S401：将步骤304中点阵结构处理后的鞋垫结构模型导入至3D打印机切片处理软件中，设定模型摆放角度，切片厚度等参数，对鞋模进行切片，生成可供打印机打印的点阵结构鞋垫结构模型路径数据。

步骤S402：将步骤S401中的鞋垫结构模型路径数据导出，并输入至3D打印机；及

步骤S403：采用多组分喷头的3d打印机来打印，4～10个喷头一起完成鞋垫制作。

本领域从业人员可以理解，所述步骤S403多喷头打印机，可在同一时间单位挤出单喷头的4～10倍效率，且同时可携带不同的材料，如PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS的一种或者多种的组合进行叠层打印。

实施例五：

本发明提供的第五实施例，3D打印鞋垫制作的方法为图1所示的方法中的所有处理方式，其中，在步骤S5中，鞋垫成品后处理，具体包括步骤抛光处理、表面涂层、上色；

可以理解，3D打印出来的物品表面有时会比较粗糙，需要抛光。抛光又分物理抛光和化学抛光；但是鞋垫上逐层堆积的纹路是肉眼可见的，这往往会影响用户的判断，虽然鞋垫在鞋子内部，但是其在外观上也是一个重要因素，而且粗糙的表面给用户带来不舒适感，抛光的其中一种方法是：用砂纸打磨进行后处理。砂纸打磨原则：先粗后细，先进行粗打磨再进行精打磨；表面涂层上色也是常见的后处理工艺，本发明不具体加以阐述。

以上对步骤S1～S5各步骤所包括的实施例一至五进行了阐述，为方便理解，现在基于实施例一至实施例五的任一项或者组合项，运用于特定场景的实施例进一步阐述该发明的技术方案。

实施例六(运动型鞋垫定制)

一种3D打印鞋垫以及制作方法，具体包括

请参阅图7～8，第一步：采取与制作鞋垫相关的数据。

1)首先记录用户的脚掌尺寸数据；

可选地通过CT扫描，让用户双侧足踝置于CT扫描仪的中立位置，分别采取最足底直接扫描；左脚外侧扫描、右脚外侧扫描、左脚内侧扫描、右脚内侧扫描，分别获取该用户的左右脚的脚长、脚宽、脚厚、外形轮廓；通过软件分析得到用户脚部的接触面积。

示例性的如，获取脚长a、脚宽b，如图1所示的外形轮廓；其余

2)采集人体的健康状况数据；

首先记录并获取用户的体重，双足底压力分布曲线测定，前、后足内外翻角度，腔骨扭转角度，双侧下肢长度测定，脊柱侧弯角度：躁、膝、髓关节，腰部疼痛的部位和程度：步态分析：让用户在固定的测试设备模拟行走、慢跑、加速跑、下蹲、弹跳等动作，判断是否存在病理异常；

3)通过压力测试设备测量人体在静态时脚底的压力数据；其余数据本发明不具体一一阐述。

让用户静止双足站立、分别抬起左脚和右脚单足站立、双足下蹲、分别记录压力数据；可以理解，由于用户是静止状态，该数据采集可在固定设备上也可在用户本身鞋垫上设置力传感器。

示例性的如，采用图8所示方法获取各压力数值，用户状态为静止双足站立，测量脚为右脚，测得脚趾处c的压力值、跖骨凸起筋凸处d的压力值、后跟骨处e的压力值。

4)通过压力测试设备测量人体在生活活动时脚底的压力数据；

让用户模拟运动场景时的动作，本实施例针可选地为篮球运动鞋垫，针对用户经常使用的动作进行场景再现，包括投篮姿势、运球姿势、快跑、后仰，记录不同运动状态下的压力据，可以理解，由于用户是运动状态，该数据采集可在用户本身鞋垫上设置力传感器；或者在特定的实验室进行。

示例性的如：采用图9所示方法获取各压力数值，用户模拟投篮动作的踮脚时，测量脚为右脚，测得脚趾处c的压力值、跖骨凸起筋凸处d的压力值。

请参阅图10～图13，第二步：鞋垫的结构设计、鞋垫的材料制备、力学分析以及优化。

1)首先将上述第一步数据模型导入至数据处理软件，生成初始的鞋垫结构模型；

2)分析处理步骤S1中的数据，在数据处理软件中手动或者自动矫正鞋垫足弓处支撑，建立与人体足部数值相适配的鞋垫结构模型；

3)分析处理步骤S1中的压力数据，在软件设计库中调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构。

可以理解，请继续参阅图4，图示为模拟所导入数据处理软件的操作页面f，导入生成初始的鞋垫结构模型；其具体尺寸为上述第一步获得，综合上述数据，如脚长a、角宽b，以及其他数据即可获取初始鞋垫结构模型。

请继续参阅图11，图示为模拟所导入数据处理软件的操作页面g，在初始的鞋垫结构模型上；综合上述获得的脚步轮廓数据，手动或者自动矫正鞋垫足弓处支撑，建立与人体足部数值相适配的鞋垫结构模型，其中一种方法为：首先自动寻找路径，在校正足弓部支撑时，可手动修正某些弧面，如根据脚趾处c、跖骨凸起筋凸处d、后跟骨处e，使之更平滑光顺。

请继续参阅图12，图示为模拟所导入数据处理软件的操作页面h，在初始的鞋垫结构模型上；根据用户自身使用状况，合理调试鞋垫弓步区域的尺寸，示例性的如：该用户之间以篮球运动居多，在投篮和后仰动作时，对脚趾处c、跖骨凸起筋凸处d、后跟骨处e的压力值明显大于预期的预设值，那么在脚趾处c、跖骨凸起筋凸处d、后跟骨处e设置更大的空间，以使其可承载足够材料填充，以增加弹性和舒适感。

请参阅图13,基于第一步获取的数据,以及考虑用户日常生活的使用情况,设置防滑底纹以及针对用户个性的弹力部；在该部位可设置弹力较好且缓震的材料。

请继续参阅图14～图15，基于第一步获取的数据，以及考虑用户日常生活的使用情况，将该鞋垫依据脚趾处c、跖骨凸起筋凸处d、后跟骨处e设计为三部分，分别为i、j、k，考虑到用户长期进行篮球运动，如投篮姿势、运球姿势、快跑、后仰等；因此对该鞋垫进行正对用户个性化的分块，对于i区域和j区域填充M形的点阵晶体结构、k区域填充X形的点阵晶体结构。

为方便理解，请参阅图16～图17，分别展示了M型晶体结构m通过拓扑优化组合阵列扩展得到多晶体点阵结构n，以及X型晶体结构o通过拓扑优化组合阵列扩展得到另一多晶体点阵结构s，其中拓扑优化组合阵列可包括：四面体结构、金子塔结构、三维kagome(kagome：笼目)结构、以及金属编织结构，在本实施例中，由于X型的晶体结构o轻质、高强度高韧性的特点，将其设置于k区域，是因为考虑用户在经常用于防守碰撞，以及弹跳落地时，对应k区域的后跟骨处e会受到很大的冲击力，因此高强度高韧性可实现一定的缓震效果，且由于k区域占比鞋垫部分接近百分之70％的体积，因此轻质也是值得考虑的因素，同理，用户在起跳时，对i、j区域造成挤压，相当于全身体重静止与i、j区域上，因此M形的点阵晶体结构因其具备足够的弹性和张弛度，是本实施例中作为i、j区域的最优结构选择。

第三步：将鞋垫不同区域i、j、k，对应不同区域配置不同的材料。

进一步地，对应i、j、k区域配置不同的材料，材料的选择上包括橡胶、PU、PVC、EVA、TPU、TPR、ABS，可选地为软性ABS和软性TPU，本实施例最优选为软性ABS；

第四步：点阵结构处理后的数据导入至3D打印机切片处理软件中，设定模型摆放角度，切片厚度等参数，对鞋模进行切片，生成可供打印机打印的点阵结构鞋垫结构模型路径数据后；鞋垫结构模型路径数据导出并输入至3D打印机，采用多组分喷头的3d打印机来打印，对应i、j、k区域采用三个喷头携带对应材料一起完成鞋垫制作。

可以理解，本实施例中采用同一种材料软性ABS制作而成，一些实施例中，也可采用多种材料，如PU、PVC、EVA三种材料分区域组合使用。

一些实施例中，将鞋垫结构模型路径数据导出并输入至3D打印机后，并未采用多组分喷头的3d打印机来打印，而是分开打印不同区域，示例性的如：i、j、k区域，最后拼接而成。

更进一步地，打印层厚为0.03-0.1mm。

第五步：后处理，即为抛光处理、表面涂层、上色，以及开通气孔y。

请参阅图18，此时，3d打印机打印出成品后，该发明实施例六的整体程序已经大体完成，对该鞋垫进行打孔处理，本实施例分别对应i、j和k区域设置不同的通气孔y，这是因为因i、j区域为用户容易出汗的位置，因此需要透气吸汗性，以及后续的后处理工作，具体可参照实施例五。

一些实施例中，也有在上述第二步就已经用软件设计好通气孔，直接通过3d打印机直接打印出通气孔y。

本发明提供的第七实施例提供了一种3D打印鞋垫，该鞋垫在制作时需执行如上述第一实施例至第六实施例整体的方法，或者执行其中任一或者组合的步骤。

本领域技术人员也应当理解，如果将本发明的方法和结构，即实施例一至六中的全部或部分内容通过组合或者改进，代替本发明的系统中的相应实施例，同样落在本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本发明所提供的一种3D打印鞋垫及其制作方法具有如下的有益效果：

1、不同于以往的3d打印鞋垫，该发明将点阵晶体结构运用于鞋垫中，且调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构，从而实现真正意义上的人性化；且鞋垫不限制同一种材料和点阵晶体结构的类型，针对用户个人的需求，运用不同的点阵晶体结构来进行力学属性匹配，传统3d鞋垫仅考虑吻合用户脚型，但是却没有根据用户个人生活习惯和用户的个人特点来进行专一的匹配。

2、对鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，识别重要参数，过滤无关参数，建立点阵结构的高质量响应面，以及后续的验证分析，从而不断优化多晶体点阵结构的质量。

3、以往的采集数据仅仅采集用户的尺寸，但是未考虑用户静态、动态、以及生活的数据，特别是用户的健康状态，很多个性化定制的3d打印数据收集没有涉及到，但是用户的健康状态是细节而且影响十分重要的部分。

4、该发明所阐述的3D打印鞋垫材料可为橡胶、PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS的任一种或者组合，因此该3D打印鞋垫材料可由多种材料组成，通过拼接或者多喷头打印成型，材料和根据用户脚部具体的情况设定，达到真正的人性化。

5、3D打印鞋垫在出成品之后，有进一步的后处理工作，如抛光处理、表面涂层、上色等，可使得鞋垫光泽度和色彩度更为鲜明，也可起到保护鞋垫的作用。

6、3D打印机打印的层厚为0.03-0.1mm，是为保证打印的过程中效率最高化，不会出现互相粘合的现象。

以上仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：采取与制作鞋垫相关的数据；

步骤S2：鞋垫的材料制备；

步骤S3：鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型；及

步骤S4：将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品；

其中步骤S3中，鞋垫的结构设计和分析，从而建立鞋垫结构模型的具体处理步骤包括：

步骤S301，根据步骤S1中的所述数据，将其数据导入至数据处理软件，生成初始的鞋垫结构模型；

步骤S302：分析处理步骤S1中所述数据，在数据处理软件中手动或者自动矫正鞋垫足弓处支撑，建立与人体足部数值相适配的鞋垫结构模型；及

步骤S303：根据步骤S1中的所述数据,对鞋垫结构模型各区域进行足部受力形态分析，在软件设计库中调用不同类型的点阵晶体结构并通过拓扑优化组合阵列，形成匹配足部力学属性新的多晶体点阵结构；

步骤S304：将鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，得到优化后的鞋垫结构模型。

2.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述S304中，将鞋垫结构模型的多晶体点阵结构参数化处理，得到优化后的鞋垫结构模型，具体包括以下步骤：

步骤S3041：将鞋垫结构模型导入数据处理软件中，且将鞋垫结构模型参数化；

步骤S3042：根据步骤S1的结果，将参数化的鞋垫结构模型的重点受力区域的参数保留，将与用户日常行为无关的参数区域去除，以建立点阵结构的高质量响应面；

步骤S3043：根据步骤S1的结果定义重点受力区域的优化区域，将该处的多晶体点阵结构进行可靠性，稳健性优化计算；

步骤S3044：对最终的多晶体点阵结构设计进行验证性分析，得到优化后的鞋垫结构模型。

3.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述S1中，采取与制作鞋垫相关的数据，具体包括以下步骤：

步骤S101：采集人体的脚掌尺寸数据；

步骤S102：采集人体的健康状况数据；

步骤S103：通过压力测试设备测量人体在静态时脚底的压力数据；及

步骤S104：通过压力测试设备测量人体在生活活动时脚底的压力数据。

4.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述S2中，鞋垫的材料制备，具体包括以下步骤：

步骤S201:根据S1获取数据结果，将鞋垫进行分成至少两个区域；

步骤S202:根据步骤S1获取数据结果，对应不同区域配置匹配的材料。

5.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述S4中，将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品，具体包括以下步骤：

步骤S401：将经过步骤3优化后的鞋垫结构模型导入至3D打印机切片处理软件中，设定模型摆放角度，切片厚度等参数，对鞋模进行切片，生成可供打印机打印的点阵结构鞋垫结构模型路径数据；

步骤S402：将步骤S401中的鞋垫结构模型路径数据导出，并输入至3D打印机；

步骤S403：采用多组分喷头的3d打印机来打印，4～10个喷头一起完成鞋垫制作。

6.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，进一步包括步骤S5：鞋垫成品后处理，其具体处理方式可为抛光处理、表面涂层、上色的任一方式或者组合。

7.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述点阵晶体结构包括M型，N型，X型，Y型，米型等。

8.如权利要求1所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述S4中，将鞋垫结构模型导入3D打印机中，导出鞋垫成品，进一步3D打印机打印的层厚为0.03-0.1mm。

9.如权利要求4所述的3D打印鞋垫及其制作方法，其特征在于，所述材料包括橡胶、PU、PVC、TPU、EVA、TPR、ABS。

10.一种3D打印鞋垫，其特征在于，该鞋垫在制作时需执行如上述权利要求1至9整体的方法，或者执行其中任一项或者组合的步骤。