CN110461279A - 用于制造矫形鞋垫的方法以及由此获得的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造矫形鞋垫的方法以及由此获得的产品，该方法包括：第一步骤(1)，对具有特定几何形状的未来鞋垫进行3D建模，并且该鞋垫将理想地由柔软表面(10)和刚性表面(11)形成；第二步骤(2)，对“展平”或建模原柔软上部(10)进行软件处理，将原柔软上部(10)转换成所获得的柔软表面或元件(10a)，其中该柔软表面或元件(10a)的下表面完全平坦并且仍然保持相对厚度；第三步骤(3)，借助于铣削或增材制造技术来制造在第二步骤(2)中获得的柔软表面(10a)；第四步骤(4)，将所获得的柔软表面(10a)接合到刚性表面(11)以获得三明治型鞋垫。

Description

用于制造矫形鞋垫的方法以及由此获得的产品

发明目的

本发明的目的是一种用于制造矫形鞋垫的方法以及由此获得的产品，其中鞋垫的上部进行几何变形，以允许借助于铣削或增材制造技术进行生产。

背景技术

目前，根据国际标准化组织(ISO)的定义，矫形器是用于修改神经肌肉和骨骼系统的功能或结构方面的适用于身体的支撑件或另一外部装置(设备)。

该术语用于指在矫形、物理疗法和职业疗法中使用的设备或装置、夹板、技术辅助装置和支撑件，其校正或促进动作、活动或运动的执行，寻求节省能量和增加安全性。它们用于保持、对齐或校正畸形并且改进运动系统的功能。

矫形器与假体不同，因为它们不能部分或完全替代具有身体丧失能力、残疾或心理障碍的器官或肢体，而是接管或加强其功能。

更具体地，鞋垫(其是放置在鞋内并用作足部和鞋之间的界面的元件)落入所述领域，并且鞋垫的目的涉及其作为治疗措施的用途，所述治疗措施在从糖尿病相关神经病变的处理到心理障碍或行走模式的校正的多种病理范围内。

有许多类型的不同矫形鞋垫和制造技术。根据病理类型使用不同的装置，尽管它们基本上可以分为具有柔软上部衬里的刚性鞋垫或完全由柔软或柔性材料制成的鞋垫。

鞋垫使用两个基本原则来执行其治疗动作：压力的再分配和步行的不同阶段中的足部方向的变化。

压力的再分配是借助于将元件添加到鞋垫的上部来实现的，诸如跖骨筋、跟骨下的减重元件，筋膜调节装置等。这个想法是当存在行走时在其上施加大量压力的点时，可以通过提升鞋垫的其它区域来减小过大的压力，使得足部的接触区域增加或减小施加过大压力的区域的厚度。

行走模式的改变是借助于改变鞋垫的方向、改变弓形的高度和几何形状或不同区域中的倾斜平面来实现的，这迫使足部具有不同的取向。

压力的再分配借助于柔软的鞋垫或由诸如EVA的材料制成的衬里来执行，具有特定形状的模块或元件结合到柔软的鞋垫或由诸如EVA的材料制成的衬里。行走模式的变化也可以在完全由柔性材料制造的鞋垫中执行，尽管刚性基部的使用通常提供更好的结果。

在更一般的情况下，鞋垫可以被视为具有刚性基部的“三明治”或多层结构，该刚性基部提供支撑并且允许在行走的不同阶段期间改变足部的取向，并且在柔软的表面上执行再分配压力的处理。

所述鞋垫的制造通常借助于用石膏填充患者足部的模具，随后修改该模具，并且执行一系列材料热成型和砂磨步骤。

如今，借助于CAD/CAM技术制造高百分比的鞋垫或矫形器，其中基于足部几何形状和其他补充信息的设计软件允许获得3D几何形状，该3D几何形状将借助于添材技术(也称为3D打印技术)来制造。

这种类型的制造技术既适用于刚性鞋垫(通常使用诸如聚丙烯的材料研磨)，也适用于软鞋垫(通常由诸如EVA橡胶的材料块研磨)。

然而，现在不能借助于CAD/CAM技术来进行制造“三明治”型鞋垫，其中用于压力再分配的处理与行走模式的变化的处理相结合。

在借助于CAD/CAM制造较低(刚性)部件的情况下，位于上部的压力再分配模块必须手动放置在矫形器生产车间中。其原因在于，不可能借助于铣削在两个面上制造具有3D几何形状的柔软鞋垫或矫形器。

此时已经表达的一些示例包括专利ES 2 336 533，其描述了通过具有弹性膜固定和张紧机构的装置捕获足底图像的过程，以及在该过程中获得的鞋垫的双面加工。该过程的特征在于包括以下步骤：

(a)在扫描仪上放置由两个可调节水平杆组成的固定和张紧机构，

(b)调节该水平杆之间的高度和距离，

(c)将膜放置在固定机构上；

(d)通过粘附在水平杆上的T形压板固定该膜；

(e)通过放置在其中一个水平杆侧面的曲柄调节膜的张力；

(f)将足部放置在膜上并且拍摄图像；

(g)通过STL格式给出的表面图像对鞋垫执行双面加工。

另一示例是专利ES 2 021 968，其描述了一种用于为鞋内的患者足部提供适当的支撑的矫形鞋垫装置，该矫形鞋垫装置设置有用于接触足部的顶部表面和用于接触鞋内底的底部表面，该矫形鞋垫装置包括：成形的整体矫正材料，在其顶部表面形成有多个紧密间隔的、基本上平行的凹槽，从而控制足部相对于矫正装置的滑动。

同样地，专利WO/2003/015670描述了一种生产用于校正足部畸形的鞋垫的改进方法，包括一系列工艺步骤，这些步骤开始于专家的在先诊断，包括足部检查以便评估并且(如果患者需要)在获得诊断结果后借助于外科手术或借助于矫正鞋垫来校正其躯体缺陷，以便进行矫正鞋垫的生产，其特征在于该方法包括：

-第一步，包括详细描述患者足迹的纸样，其中已留下将要进行校正的打印，使用不可擦除的墨水笔在患者的足部上绘制表示鞋垫将必须到达的极限的线，分别跟踪患者通常使用的鞋内部的图案，将其切割并且放置入鞋内，随后将纸样浸入酒精中，并且将足底上的图纸以类似于模板的方式打印在纸上，并要求患者重新穿上鞋子，注意不要让鞋垫弄脏。

-第二步，包括制备矫正鞋垫，其包括再次在第二张纸上获得鞋垫的图案，复制必须校正的部分，将所述切割形状的轮廓绘制在热成型塑料的树脂片上，并且其中一面是光滑的而另一面是松散编织的织物层，这种材料起到加强作用，通过切割可热成型树脂片的表面上绘制的形状的轮廓来产生鞋垫的底部并且根据每种材料的特定温度将可热成型树脂片放入窑中以使其软化，其中窑的温度在2至3分钟的时间内处于35至120℃的范围内；

-第三步，包括准备患者的足部以接纳所选择的可热成型树脂片，放置一次性塑料袜，患者的袜子与其分开作为医生和患者之间的卫生措施，以便完美地隔离足部，所述元件非常简单和经济，以便随后放置隔热袜子，其功能将是防止由于热量而导致的对患者足底造成的任何伤害，然后软管连接到袜子中的真空泵，其功能将是抽出所有空气；

-第四步，包括将预先软化在窑内的可热成型树脂放置在隔热袜子上，使树脂不会粘到袜子上，在袜子和软化树脂之间插入纸薄膜，其利用塑料袋覆盖所有元件并且用氯丁橡胶带和紧固件(诸如粘扣或粘合剂魔术贴薄膜)密封袋子，直到观察到直接在患者足部上模制的树脂的冷却；

-第五步，包括模压矫正鞋垫的平滑和衬里，其包括将后者发送到矫正车间对其进行平滑和衬里，其中根据具体情况结合相应的减重元件，使用常用工具和机械用于在最后的精加工中生产矫形器。

上述文献均未解决获得由刚性基部和具有不同突起的柔软表面形成的矫形鞋垫或矫形器来执行压力再分配的问题。

这是因为，根据现有技术的当前知识，可由刚性基部和柔软的上部(例如本发明中提出的那种)形成的那些鞋垫必须在其柔软的基部中在其上部和下部中均包含有3D形状，因此必须借助于双面铣削来制造以实现所述目的。

然而，这种解决方案意味着，在铣削一侧时，由于它是柔软的非刚性材料，另一侧可能因为材料不是被铣削而是由工具移动的而不会被加工。

因此，用于加工该柔软部件的(先前尝试的)方法包括在矫形器或刚性部件上粘贴一块柔软的材料，以便随后在机床中铣削。

因此，柔软部分的下表面采用刚性部分的上表面的形状，并且仅需要铣削柔软部分的上表面。然而，在这种情况下，需要非常精确地知道矫形器在空间中的位置并且具有随着每个足部的形状和尺寸而变化的特定紧固系统，因此制造必须实际上根据每个使用者的需要进行，这将获得的鞋垫变成一个相当昂贵的产品。

发明内容

本发明解决的技术问题是实现由刚性基部和柔软表面形成的矫正鞋垫，其包括一系列突起以在行走时执行压力的再分配并且允许借助于铣削或增材制造技术来生产它们，这允许大规模制造，从而降低制造成本并且随后销售所获得的产品(鞋垫)。

作为本文所描述的制造方法的结果，矫形鞋垫或矫形器可以借助于现有技术中存在的机械制造，从而消除了需要一个带有打磨和粘合系统的车间以及一堆零部件，这些零部件不允许为再分配压力而制造减重元件或表面变化。

使用这种生产模型，三明治型矫形鞋垫或矫形器可以在更短的时间内制造，其中元件定位更精确，因为它允许使用仅当鞋垫不是借助于三明治型方法制造时可用的3D建模技术。

贯穿整个说明书和权利要求书，词语“包括”及其变形并不试图排除其他技术特征、附加物、部件或步骤。对于本领域技术人员来说，本发明的其他目的、优点和特征将部分地从说明书中以及部分地从将本发明付诸实践中得到。提供以下实施例和附图是为了说明而不是为了限制本发明。此外，本发明涵盖了本文所述的特定和优选实施例的所有可能组合。

附图说明

以下非常简要地描述了一系列附图，这些附图有助于更好地理解本发明并且明确地与作为其非限制性示例的所述发明的实施例相关。附图中：

图1显示了用于制造矫形鞋垫的方法的示意图；

图2示出了形成借助于本文所述方法获得的鞋垫的元件的视图；

图3示出了借助于本文所述的制造方法获得的矫形鞋垫的视图。

具体实施方式

附图示出了本发明的优选实施例。更具体地，本说明书的目的，用于制造矫形鞋垫的方法包括对具有特定几何形状的待造鞋垫进行3D建模的第一步骤1，并且该矫形鞋垫将理想地由柔软表面10和刚性表面11形成。

然后执行对“展平”或建模原柔软的上部10进行软件处理的第二步骤2，将原柔软的上部10转换成获得的柔软表面或元件10a，其下表面完全平坦并且仍然保持相对厚度。

为此，该软件使用基于有限元和图形理论的数学模型来建模其下部是平坦的柔软物体，其中平坦上部平面的结构被建模。

这是借助于使用基于具有多个未知数的非线性系统的分辨的迭代方法执行计算来实现，下表面的每个点的位置使得它们全部共享相同的高度(Z坐标)并且它们之间在原始三维位置上的距离得到重视。在所述计算方法中引入了大量方程，其中每个点的位置表示未知数，并且与点之间的已知距离相关联的限制表示待求解的方程。为此，借助于共轭梯度分辨技术(诸如斯坦福大学的LSQR方法，例如(http://web.stanford.edu/group/SOL/software/lqsr/))实现了方程组的非线性系统的分辨技术。

该方法包括第三步骤3和第四步骤4，如图3所示，该第三步骤3借助于铣削或增材制造技术来制造在第二步骤2中获得的所获得的柔软表面10a；该第四步骤将所获得的柔软表面10a接合到刚性表面11以获得三明治型鞋垫。

在优选实施例中，鞋垫由柔软表面或元件10和刚性表面或元件11形成，并且刚性表面和元件11理想地如图2所示的设计。

加工原柔软表面10的方法是复杂的，因为它在顶部具有曲率而在底部具有另一曲率。在第二步骤中获得了所获得的柔软表面10a，该柔软表面10a又包含平坦的下表面，并且一旦所获得的柔软表面10a接合到刚性表面11，就能够获得与原柔软表面10的几何形状相同的几何形状，因为它由柔软材料形成，所以弯曲并且折弯以及获得与原柔软表面10的几何形状相同的几何形状。这可以在图2所示的图像中看到，其中所示的虚线在原柔软表面10和所获得的柔软表面10a中具有相同的长度。

Claims (2)

1.一种用于制造矫形鞋垫的方法，所述方法包括：

-第一步骤(1)，对具有特定几何形状的未来鞋垫进行3D建模，所述鞋垫将理想地由柔软表面(10)和刚性表面(11)形成，所述方法的特征还在于：

-第二步骤(2)，对“展平”或建模原柔软上部(10)进行软件处理，将所述原柔软上部(10)转换成获得的柔软表面或元件(10a)，其中所述柔软表面或元件(10a)的下表面完全平坦并且仍然保持相对厚度；

-第三步骤(3)，借助于铣削或增材制造技术来制造在所述第二步骤(2)中获得的所述获得的柔软表面(10a)；以及

-第四步骤(4)，将所述获得的柔软表面(10a)接合到所述刚性表面(11)以获得三明治型鞋垫。

2.根据权利要求1所述的方法获得的矫形鞋垫，包括作为三明治型鞋垫的柔软表面(10a)和刚性表面(11)。