CN112829304A - 一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA 3D打印机系统，进行3D打印木模；c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。该制备方法在模具制作的前期阶段就将所有鞋底纹理模型应用在模具模腔的表面，并最终直接制作带纹理的模具，无需其他的表面处理；采用该制备方法能够更快速、高效地设计鞋底纹理，纹理的深浅、尺寸、种类及分布都可以按相关外观设计需求和功能需求做出相应的变化。
Description
技术领域
本发明涉及鞋品制作技术领域，更具体地说，是涉及一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法。
背景技术
鞋底由大底和中底，TPU/NYLON配件等构成，其中大底是指直接与地面接触的层结构，通常使用天然或者人工橡胶，具有防滑、耐磨和耐弯折等功效；中底一般是指鞋垫与大底之间的结构，通常使用热塑性弹性体制备的发泡材料或3D结构，主要起到缓震或回弹等作用。无论是大底还是中底，作为底部配件都需要有纹理特征来满足审美需求和功能需求；其中大底的纹理是防滑性能的主要贡献者，中底的纹理在一定程度上也会影响缓震的效果，甚至作为缓震或回弹的主要元素。
底部配件的纹理一般分为造型纹理和咬花纹理，传统区别在于造型纹理在设计完成后通过翻模在模具表面形成同样的纹理，咬花纹理在模具制作完成后通过后处理再添加到成品模具表面。造型纹理的特征尺寸一般从零点几毫米到十几毫米不等，传统工艺制作的咬花纹理的纵向深度一般在0.3mm。底部配件造型纹理的3D模型由几十乃至上百个立体几何面构成，每个面都需要使用专业的3D设计软件按一定步骤设计实现，一般完成一款鞋底的3D造型的时长在3-10天左右。底部配件咬花纹理完全依赖于其平面图案的设计，在完成大底模具制作后，人工贴附带咬花图案的贴纸到模具表面，再利用化学腐蚀实现模具模腔表面纹理。由于无法控制化学制品在模具表面发生的化学反应的速度和方向，咬花纹理的纵向深度被限制在较小的尺寸范围内。
目前，鞋业界底部配件传统咬花纹理的制作工艺的常规步骤包括：设计平面咬花图案，钢版花纹的制作、咬花纸的制作，化学药水的检验、金属模具表面的表面处理、印花处理、化学蚀刻、质量管理和防锈处理。该工艺的缺点是能耗大；处理完的化学制品的排放对环境的污染严重，也对长期工作在工厂的生产人员的健康造成危害；手工印花处理需要耗费大量人力时间，咬花周期一般需要1天，印花的品质也依赖于生产人员的熟练程度和操作水平，个体差异会导致咬花的品质不稳定。此外，传统咬花的样式固定，很少更新咬花样式，所以咬花的选择固定且有限制。
公开号为CN110136250A的中国专利公开了一种具有花纹的模型制作方法和装置；设计鞋底模型并利用3D打印的方式生产带咬花的金属模具，直接在制作模具的同时在模具表面形成立体纹理。但是，该技术方案中提到的金属3D打印模具有一定的失败率，且在打印及后处理的过程中易因温度控制不好发生翘曲，残余应力导致裂纹，造成模具变形；同时金属3D打印用的原材料是需要符合规定粒径范围的金属粉末，制备这种粉末需要一整套完备的设备和技术，导致其最终的成品模具成本高。而公开号为CN111086131A的中国专利公开了一种鞋底快速制造的方法；采用3D打印技术直接制造鞋底模具蜡型，进而直接制造鞋底金属模具。但是，该技术方案中打印是模具蜡型，且未提及完成模具后的化学蚀刻咬花的工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，本发明提供的制备方法在模具制作的前期阶段就将所有鞋底纹理模型应用在模具模腔的表面，并最终直接制作带纹理的模具，无需其他的表面处理；采用本发明提供的制备方法能够更快速、高效地设计鞋底纹理，纹理的深浅、尺寸、种类及分布都可以按相关外观设计需求和功能需求做出相应的变化。
本发明提供了一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：
a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；
b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA3D打印机系统，进行3D打印木模；
c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。
优选的，步骤a)中所述平面灰度图形设置每个像素点的灰度数值；所述灰度数值的范围为0～255。
优选的，步骤a)中所述平面灰度图形的灰度在所选的区域内可以实现连续性数值变化和非连续性数值变化；所述连续性数值变化实现纹理造型的连续平顺的起伏；所述非连续性数值变化实现纹理造型的清晰锐利的边界。
优选的，步骤b)中所述映射的过程具体为：
b1)在图形范围内的区域取值，每个取值点代表一个灰度值；
b2)对同一个3D模型，映射可分为多次完成；每次的映射以3D模型的底视图和左右侧视图为基准，平面灰度图形的边界即是不同视图下模型的可视轮廓在该视图下的投影边界；
b3)平面图形范围内的取值点以与平面图形边界和其他取值点的相对位置关系，沿垂直视图平面的方向对应到在该视图下的3D模型表面；
b4)利用软件将映射后的点连接构建纹理，与3D模型的其他部分结合形成完整造型特征。
优选的，步骤b1)中所述取值点的密度越高，纹理特征表现得越明显清晰；图形的物理像素密度越高，纹理特征表现得越明显清晰。
优选的，步骤b)中所述通过软件的过程中，所述平面灰度图形的保存格式为：PNG；所述3D模型的导出文件格式为：STL。
优选的，步骤b)中所述进行3D打印木模的过程中，首先为模型建立支撑结构；所述支撑结构采用树形设计，直径为1.0mm～3.0mm，与模型接触的位置的尺寸为0.5mm～1.0mm，避免支撑结构与纹理直接接触留下痕迹。
优选的，步骤b)中所述进行3D打印木模的过程中，木模的3D打印材料采用ABS树脂；每层层厚度为0.05mm～0.1mm。
优选的，步骤b)中所述进行3D打印木模后，得到的原型件采用纯度大于95％丙酮冲洗未固化的树脂，再放置干燥处1h～2h，最后放到功率350W～450W的紫外线固化箱中固化0.5h～2h成型。
优选的，步骤c)中所述模具包括压模模具和/或注塑模具。
本发明提供了一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA 3D打印机系统，进行3D打印木模；c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。与现有技术相比，本发明建立了一种用于制作带有不同尺寸立体纹理的大底/中底等底部配件的方法，使用一种新型建模方式建立底部配件造型纹理和咬花纹理的模型，并将其应用到制作底部配件的模具上并利用模具完成鞋底配件制作；本发明提供的制备方法在模具制作的前期阶段就将所有鞋底纹理模型应用在模具模腔的表面，并最终直接制作带纹理的模具，无需其他的表面处理；采用本发明提供的制备方法能够更快速、高效地设计鞋底纹理，纹理的深浅、尺寸、种类及分布都可以按相关外观设计需求和功能需求做出相应的变化。
此外，本发明提供的制备方法能够实现更具功能附加值的纹理造型，包括可以依据人在运动中的力学特征调节鞋底纹理，改善鞋底止滑性能，同时配合3D打印的技术制作木模，无需后期的化学腐蚀处理，减少生产过程中对环境的污染。
附图说明
图1为3D鞋底模型投影在底视图上的平面图形；
图2为平面图形上的灰度区域划分01的示意图；
图3为平面图形上的灰度区域划分02的示意图；
图4为平面灰度图映射到大底平面的示意图；
图5为鞋底立体纹理特征01的示意图；
图6为鞋底立体纹理特征02的示意图；
图7为跑者落地时足底压力分布图；
图8为基于足底压力分布图的灰度区域划分的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：
a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；
b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA3D打印机系统，进行3D打印木模；
c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。
本发明首先建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形。在本发明中，所述平面灰度图形优选设置每个像素点的灰度数值；所述灰度数值的范围优选为0～255；其数值的大小代表纹理特征的高低深浅。
之后，本发明将建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA3D打印机系统，进行3D打印木模。本发明使用3D打印技术-SLA(立体光刻)制作木模，SLA是一种增材制造工艺，通过使用紫外(UV)激光束选择性地一层一层地固化液态树脂而成型；同时与现有技术中金属3D打印用的原材料是需要符合规定粒径范围的金属粉末的技术方案相比，本发明采用3D打印制作木模而非3D打印金属模具，成功率高、成本低，同时模具制作不涉及使用化学制品，不会涉及到工艺流程结束后的化学废水的处理与排放，对环境更友好，同时也不存在危害操作人员健康的风险，更重要的是，最后制成的模具上的咬花立体纹理比一般化学腐蚀的方式制成的咬花更清晰。
在本发明中，所述平面灰度图形的灰度在所选的区域内可以实现连续性数值变化和非连续性数值变化；所述连续性数值(具体指灰度数值)变化实现纹理造型的连续平顺的起伏；所述非连续性数值(具体指灰度数值)变化实现纹理造型的清晰锐利的边界。
在本发明中，所述映射的过程优选具体为：
b1)在图形范围内的区域取值，每个取值点代表一个灰度值；
b2)对同一个3D模型，映射可分为多次完成；每次的映射以3D模型的底视图和左右侧视图为基准，平面灰度图形的边界即是不同视图下模型的可视轮廓在该视图下的投影边界；
b3)平面图形范围内的取值点以与平面图形边界和其他取值点的相对位置关系，沿垂直视图平面的方向对应到在该视图下的3D模型表面；
b4)利用软件将映射后的点连接构建纹理，与3D模型的其他部分结合形成完整造型特征。
在本发明中，平面灰度图形的映射，先在图形范围内的区域取值，每个取值点代表一个灰度值。在本发明中，所述取值点的密度越高，纹理特征表现得越明显清晰；图形的物理像素密度越高，纹理特征表现得越明显清晰。
本发明利用平面灰度图形映射到3D模型的面上实现纹理造型的特征，从而实现鞋底纹理造型建模。
在本发明中，所述通过软件的过程中，所述平面灰度图形的保存格式优选为：PNG；所述3D模型的导出文件格式优选为：STL。
本发明通过软件首先导出3D鞋底模型为STL格式，再导入到SLA3D打印机系统中，进一步进行3D打印木模。
在本发明中，所述进行3D打印木模的过程中，首先为模型建立支撑结构，确保支撑结构与纹理特征不发生接触；所述支撑结构优选采用树形设计，直径优选为1.0mm～3.0mm，与模型接触的位置的尺寸优选为0.5mm～1.0mm；在此基础上，避免支撑结构与纹理直接接触留下痕迹。
在本发明中，所述进行3D打印木模的过程中，木模的3D打印材料优选采用ABS树脂；每层层厚度优选为0.05mm～0.1mm。
在本发明中，所述进行3D打印木模后，得到的原型件优选采用纯度大于95％丙酮冲洗未固化的树脂，再放置干燥处1h～2h，最后放到功率350W～450W的紫外线固化箱中固化0.5h～2h成型；所述功率优选为400W。在本发明中，所述成型的过程中优选同时进行误差的测量和确定，与大底模型的长度与宽度作比较，确保整体尺寸公差在1mm以内。
最后，本发明利用得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。本发明使用传统翻模铸造完成金属模具的制作，翻模铸造是将铝或铁熔炼成高温液体浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程；其内表面造型与木模的造型一致。
在本发明中，所述模具优选包括压模模具和/或注塑模具，更优选为注塑模具；从而进一步通过注塑成形得到鞋底样品。
本发明提供的整体技术方案具有如下有益效果：
1)本发明中采用的建模方法实现鞋底纹理一体化设计，无需分开完成；该建模方法比传统建模方式花费的时间更少效率更高，减少了后期单独加工咬花的时间，设计师的想法可以快速地被实现及修改；突破传统咬花工艺带来的造型限制，咬花的深度和咬花表面的尺寸都能控制在稳定的加工公差内。
2)本发明中的建模方法可以结合生物力学的相关数据提供更具功能性的纹理造型。
3)本发明中的模具制作不涉及使用化学制品，不会涉及到工艺流程结束后的化学废水的处理与排放，对环境更友好，同时也不存在危害操作人员健康的风险
4)本发明中最后制成的模具上的咬花立体纹理比一般化学腐蚀的方式制成的咬花更清晰，因为一般化学腐蚀反应的速度，方向不是可控的；一旦化学制品使用的过量或操作不当容易导致模具表面质量受损。
5)本发明中所用工艺可以减少传统制作方式中因手工贴花导致的咬花质量不稳定，会存在多次模压后，咬花纹理会磨损消失，因为手工贴花依赖于操作人员的熟练程度和操作水平，人工的减少有利于提高整个工艺流程的效率和咬花的成型稳定性，便于质量管理。
本发明提供了一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA 3D打印机系统，进行3D打印木模；c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。与现有技术相比，本发明提供的制备方法在模具制作的前期阶段就将所有鞋底纹理模型应用在模具模腔的表面，并最终直接制作带纹理的模具，无需其他的表面处理；采用本发明提供的制备方法能够更快速、高效地设计鞋底纹理，纹理的深浅、尺寸、种类及分布都可以按相关外观设计需求和功能需求做出相应的变化。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例
如图1所示，鞋底底视图平面图形不同区域轮廓划分，该轮廓边界为3D模型在该视图下的投影。
参见图2所示，在不同区域内放置不同的a、b、c，3种不同的尺寸较小的图形，在这些图形上应用不同的灰度值；每个小图形范围里可以放置单一的色块，代表单一的灰度值。也可以放置离散的尺寸更小的图形或灰度值连续变化的色块，如图3所示。
进一步地，这些色块的灰度值实际由其RGB三个成分决定，对于灰度值，在软件里设定RGB的数值即可控制最终灰度值的改变。
进一步参见图4所示，映射准确地将平面图形的每一个灰度值投影到3D模型的表面上，每个灰度值可以被看作一个点，每个投影点在表面上沿3D模型的法线方向移动一个距离，其数值等于一个和灰度值正相关的数。
如图5所示，将平面图形保存为PNG格式，导入软件做映射形成完整的鞋底造型；每个小图形在3D模型的表面上形成高度对应于预设灰度值的纹理特征，即造型纹理。
在造型纹理的平面图形基础上，叠加更小的灰度图形实现咬花纹理的设计。同样地这些尺寸更小的图形在图形区域的范围内按灰度值的大小，沿法线方向挤出成形，如图6所示，咬花纹理的作用范围可以重新设定和划分。
在另一个可能的实施方式中，采用最大值法对足底压力图做灰度化处理；一般足底压力测试的结果中，压力集中的区域呈红色，压力小的地方呈蓝色。在灰度转化时，提取每个像素点中的RGB值，只保留图片像素点里的R值，赋给像素点的灰度值确定图像灰度，如图7所示。这样在压力大的区域像素点的灰度值更大，反之灰度值更小。灰度值越大，像素点越暗，反之，像素点越亮。白色像素点的灰度值为0，黑色为255。
取3D模型轮廓投影在底视图中的平面图形，在图形范围内设置灰度，参见图8所示；图8左侧的图像已被赋予连续且复杂的灰度值变化，利用该灰度图和足底压力分布灰度图的叠加得到一个新的灰度图。在该灰度图上，暗的区域与足底压力分布灰度图压力大的区域保持高的相关性，同时也赋予变化的纹理特征。
鞋底一般在压力较大的区域更易磨损，也是实现止滑性能的关键区域。通过灰度化纹理图像与足底压力分布灰度图的结合产生的带有3D纹理的鞋底，可以改善鞋底的止滑和耐磨性能。
在软件中导出3D鞋底模型为STL格式，导入到SLA 3D打印机系统中，建立支撑结构，确保支撑结构与纹理特征不发生接触，打印完用丙酮溶液清洗，并在紫外箱固化。3D打印可以精确地实现纹理细节地制造和再现，而一般在模具厂中地CNC铣床无法加工小于0.3mm的特征，铣刀在径向移动中容易断裂。
利用打印后的木模铺设软模，制作支撑石膏，翻模铸造出模具，再注塑成形得到鞋底样品。由于省去了使用咬花纸和化学试剂腐蚀模具的过程，提高了工艺效率，减少废水的处理和排放。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种带有纹理的鞋底部配件的制备方法，包括以下步骤：
a)建立包含鞋底纹理特征的平面灰度图形；
b)将步骤a)建立的平面灰度图形映射到3D模型的表面，并通过软件将得到的包含鞋底纹理特征的3D模型导出至SLA3D打印机系统，进行3D打印木模；
c)利用步骤b)得到的3D打印的木模铺设软模，制作支撑石膏，再翻模铸造出模具，最后利用模具完成带有纹理的鞋底部配件的制作。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述平面灰度图形设置每个像素点的灰度数值；所述灰度数值的范围为0～255。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述平面灰度图形的灰度在所选的区域内可以实现连续性数值变化和非连续性数值变化；所述连续性数值变化实现纹理造型的连续平顺的起伏；所述非连续性数值变化实现纹理造型的清晰锐利的边界。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述映射的过程具体为：
b1)在图形范围内的区域取值，每个取值点代表一个灰度值；
b2)对同一个3D模型，映射可分为多次完成；每次的映射以3D模型的底视图和左右侧视图为基准，平面灰度图形的边界即是不同视图下模型的可视轮廓在该视图下的投影边界；
b3)平面图形范围内的取值点以与平面图形边界和其他取值点的相对位置关系，沿垂直视图平面的方向对应到在该视图下的3D模型表面；
b4)利用软件将映射后的点连接构建纹理，与3D模型的其他部分结合形成完整造型特征。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b1)中所述取值点的密度越高，纹理特征表现得越明显清晰；图形的物理像素密度越高，纹理特征表现得越明显清晰。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述通过软件的过程中，所述平面灰度图形的保存格式为：PNG；所述3D模型的导出文件格式为：STL。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述进行3D打印木模的过程中，首先为模型建立支撑结构；所述支撑结构采用树形设计，直径为1.0mm～3.0mm，与模型接触的位置的尺寸为0.5mm～1.0mm，避免支撑结构与纹理直接接触留下痕迹。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述进行3D打印木模的过程中，木模的3D打印材料采用ABS树脂；每层层厚度为0.05mm～0.1mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述进行3D打印木模后，得到的原型件采用纯度大于95％丙酮冲洗未固化的树脂，再放置干燥处1h～2h，最后放到功率350W～450W的紫外线固化箱中固化0.5h～2h成型。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中所述模具包括压模模具和/或注塑模具。
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