CN114343289A - 具有各向异性结构的3d打印网格的鞋类中底及其制造方法 - Google Patents

具有各向异性结构的3d打印网格的鞋类中底及其制造方法 Download PDF

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伊恩·汉娜
雅克·M·佩罗特
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Abstract

用于鞋类制品的鞋底，包含三维网格。三维网格可以包含多个互连的单元格，每个互连的单元格包含多个限定三维形状的支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点，其中每个单元格包含软子单元和硬子单元。三维网格还可以包含机械各向异性区域，该机械各向异性区域包含在向前方向上测量的第一点阵剪切模量，以及在与所述向前方向相反的向后方向上测量的且大于所述第一点阵剪切模量的第二点阵剪切模量。

Description

具有各向异性结构的3D打印网格的鞋类中底及其制造方法
技术领域
所描述的实施例总体上涉及用于鞋类制品的鞋底。更具体地，所描述的实施例涉及用于鞋类制品的鞋底，其包括具有各向异性结构的中底，该结构配置为向中底提供期望的机械特性。
背景技术
人脚是一个复杂的和非凡的机器，其能够经受和耗散许多冲击力。在脚跟和前足处脂肪的自然填充，以及足弓的柔韧性帮助脚的缓冲。虽然人脚具有自然减震和回弹特性，但是所述脚单独不能有效克服日常活动过程中所遇到的许多力。除非人们穿着提供合适的缓冲和支撑的鞋，否则与每天的活动关联的疼痛和疲劳会更严重，并且可能会愈演愈烈。穿着者所产生的不适感会减少进一步活动的动机。同样重要的是，不充分缓冲的鞋会导致例如水疱的伤害；肌肉、跟腱以及韧带的损伤；以及骨头的应力性骨折。不合适的鞋类还可以导致其他疾病，包括背痛。
人们经常关注鞋类制品所提供的缓冲量。这对于穿着用于非比赛活动(例如休闲散步)和比赛活动(例如跑步)的鞋类制品来说就是如此，因为在平均每日的过程中，个人的脚和腿经历了明显的冲击力。当鞋类制品接触表面时，相当大的力会作用于鞋类制品和相应地作用于穿着者的脚。鞋类制品的鞋底的功能在某种程度上为穿着者的脚提供缓冲并且保护其免受这些力。
合适的鞋类应该是耐用的、舒适的，并且为个人提供其它有益特性。因此，存在对鞋类创新的持续需求。
发明内容
本申请的第一方面(1)涉及一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包括：三维网格，包括：多个互连的单元格，每个互连的单元格具有限定三维形状的多个支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点，其中每个单元格包括一个软子单元和一个硬子单元。
在第二方面(2)中，根据第一方面(1)的每个单元格包括多个软子单元和多个硬子单元。
在第三方面(3)中，根据第一方面(1)或第二方面(2)的每个单元格包括：多个软子单元和多个硬子单元，包括多个软子单元中的至少一个的上-前象限，包括多个硬子单元中的至少一个的上-后象限，包括多个硬子单元中的至少一个的下-前象限，包括多个软子单元中的至少一个的下-后象限。
在第四方面(4)中，根据第三方面(3)的上-前象限包括软子单元中的两个，根据第三方面(3)的上-后象限包括硬子单元中的两个，根据第三方面(3)的下-前象限包括硬子单元中的两个，以及根据第三方面(3)的下-后象限包括软子单元中的两个。
在第五方面(5)中，根据方面(1)-(4)中任一方面的每个单元格包括八个子单元。
在第六方面(6)中，根据第五方面(5)的八个子单元包括四个软子单元和四个硬子单元。
在第七方面(7)中，根据第五方面(5)的八个子单元包括多个软子单元和多个硬子单元。
在第八方面(8)中，根据第七方面(7)的八个子单元包括：上-前-内侧软子单元、上-前-外侧软子单元、上-后-内侧硬子单元、上-后-外侧硬子单元、下-前-内侧硬子单元、下-前-外侧硬子单元，下-后-内侧软子单元和下-后-外侧软子单元。
在第九方面(9)中，根据第一方面(1)的软子单元包括用于第一点阵结构的子单元，并且其中硬子单元包括用于不同于第一点阵结构的第二点阵结构的子单元。
在第十方面(10)中，根据第九方面(9)的第一点阵结构具有第一模型化压缩模量，并且根据第九方面(9)的第二点阵结构具有比第一模型化压缩模量大15％或更多的第二模型化压缩模量。
在第十一方面(11)中，根据第九方面(9)或第十方面(10)的第一点阵结构具有第一模型化剪切模量，并且根据第九方面(9)或第十方面(10)的第二点阵结构具有比第一模型化剪切模量大15％或更多的第二模型化剪切模量。
在第十二方面(12)中，根据方面(9)-(11)中任一方面的第一点阵结构是各向同性点阵结构，并且根据方面(9)-(11)中任一方面的第二点阵结构是各向同性点阵结构。
在第十三方面(13)中，根据方面(1)-(12)中任一方面的三维网格包括：向前方向上测量的点阵剪切模量，以及向后方向上测量的点阵剪切模量，其大于向前方向上测量的点阵剪切模量。
在第十四方面(14)中，根据第十三方面(13)的向后方向上测量的点阵剪切模量比向前方向上测量的点阵剪切模量大10％或更多。
在第十五方面(15)中，根据第十三方面(13)的三维网格包括向后方向上测量的点阵剪切模量与向前方向上测量的点阵剪切模量的比率，其范围为1.1至4。
本申请的第十六方面(16)涉及一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包括：三维网格，包括：多个互连的单元格，每个互连的单元格具有限定三维形状的多个支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点；以及机械各向异性区域，包括：在向前方向上测量的第一点阵剪切模量，以及在与向前方向相反的向后方向上测量且大于第一点阵剪切模量的第二点阵剪切模量。
在第十七方面(17)中，根据第十六方面(16)的第二点阵剪切模量比第一点阵剪切模量大10％或更多。
在第十八方面(18)中，根据第十六方面(16)或第十七方面(17)的机械各向异性区域还包括在与向前方向正交的横向方向上测量的第三点阵剪切模量，第一点阵剪切模量小于第三点阵剪切模量，第二点阵剪切模量大于第三点阵剪切模量。
在第十九方面(19)中，根据方面(16)-(18)中任一方面的机械各向异性区域包括10N/mm或更大的点阵压缩模量。
在第二十方面(20)中，根据方面(16)-(18)中任一方面的机械各向异性区域包括范围为10N/mm至25N/mm的点阵压缩模量。
在第二十一方面(21)中，根据方面(16)-(20)中任一方面的机械各向异性区域包括向前方向上3.5mm或更大的点阵位移。
在第二十二方面(22)中，根据方面(16)-(20)中任一方面的机械各向异性区域包括向前方向上的点阵位移，范围为3.5mm至10mm。
在第二十三方面(23)中，根据方面(16)-(22)中任一方面的机械各向异性区域倾向于在竖直载荷下向前变形。
本申请的第二十四方面(24)涉及一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包括：三维网格，包括：多个互连的单元格，每个互连的单元格具有限定三维形状的多个支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点，其中在三维网格限定周边结构的周边侧壁处的多个互连的单元格包括：多个彼此直接相邻布置且尺寸基本相同的八边区域，八边区域中的每一个由八个边界支柱限定，多个八边区域包括：具有由在内部节点处连接的四个内部支柱限定的四个开口的第一区域，和具有由八个边界支柱限定的单个开口的第二区域。
在第二十五方面(25)中，根据第二十四方面(24)由八个边界支柱限定的多个八边区域包括具有由在内部节点处连接的四个内部支柱限定的四个开口的多个第一区域，以及具有由八个边界支柱限定的单个开口的多个第二区域。
在第二十六方面(26)中，根据第二十五方面(25)的多个第一区域布置成在纵向方向上在鞋底的前足端和鞋跟端之间延伸的第一行，根据第二十五方面(25)的多个第二区域布置成在纵向方向上在鞋底的前足端和鞋跟端之间延伸的第二行。
在第二十七方面(27)中，根据方面(24)-(26)中任一方面的多个八边区域均各自具有蝴蝶结形状。
在第二十八方面(28)中，根据方面(24)-(27)中任一方面的周边结构包括图17所示的结构。
本申请的第二十九方面(29)涉及一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包括：三维网格，包括：多个互连的单元格，每个互连的单元格具有限定三维形状的多个支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点；以及三维网格的一部分上的彩色涂层，其中多个互连的单元格限定三维网格的周边侧壁的至少一部分，并且彩色涂层未涂覆在周边侧壁的至少一部分上。
在第三十方面(30)中，根据第二十九方面(29)的三维网格包括单元格的横向堆叠，所述横向堆叠包括限定三维网格周边侧壁的至少一部分的单元格的外列和设置在单元格的外列内部的单元格的内列。
在第三十一方面(31)中，根据第三十方面(30)的彩色涂层涂覆在单元格的内列的至少一部分上，而没有涂覆在单元格的外列上。
在第三十二方面(32)中，根据第三十方面(30)或第三十一方面(31)的横向堆叠从三维网格的内侧延伸到外侧。
在第三十三方面(33)中，根据方面(29)-(32)中任一方面的多个互连的单元格具有第一色彩，并且彩色涂层具有不同于第一色彩的第二色彩。
在第三十四方面(34)中，根据第三十三方面(33)的第一色彩选自以下组成的组：红色、深红色、栗色、洋红色、粉红色、橙色、黄色、金黄色、黄绿色、绿色、蓝色、海军蓝、海蓝色、蓝绿色、蔚蓝色、靛蓝、紫罗兰色、紫色、棕色、黑色、灰色、白色、米色、银色或灰褐色，根据第三十三方面(33)的第二色彩选自以下组成的组：红色、深红、栗色、洋红、粉色、橙色、黄色、金色、黄绿色、绿色、蓝色、海军蓝、海蓝色、蓝绿色、靛蓝、紫色、紫色、棕色、黑色、灰色、白色、米色、银色或灰褐色。
在第三十五方面(35)中，根据方面(29)-(34)中任一方面的彩色涂层包括粉末涂层。
在第三十六方面(36)中，根据方面(29)-(34)中任一方面的彩色涂层包括油漆涂层。
在第三十七方面(37)中，根据方面(29)-(36)中任一方面的彩色涂层不填充多个支柱之间的空间。
在第三十八方面(38)中，根据方面(29)-(37)中任一方面的彩色涂层不在多个节点之一处未彼此连接的单个支柱之间延伸。
附图说明
图1是根据一些实施例的鞋类制品的侧视图。
图2是根据一些实施例的鞋类制品的侧视图，示出了鞋类制品的各部分。
图3是根据一些实施例的中底的立体图。
图4A是根据一些实施例的点阵单元的第一立体图。
图4B是图4A所示点阵单元的第二立体图。
图5A是根据一些实施例的单元格的立体图。
图5B是图5A所示的单元格的立体图。
图6A是根据一些实施例的中底的侧视图。
图6B是图6A的一部分的放大视图。
图7A-7C示出了根据一些实施例的点阵结构。
图8A-8C示出了根据一些实施例的软子单元的各向同性点阵结构。
图9A-9C示出了根据一些实施例的硬子单元的各向同性点阵结构。
图10是根据一些实施例的点阵结构的模拟力与位移的关系图。
图11是根据一些实施例的点阵结构的模拟力与位移的关系图。
图12是根据一些实施例的点阵结构的模拟力与位移的关系图。
图13是各种点阵结构的点阵压缩模量与位移的关系图。
图14A是示例性扭曲的立方格子框架的立体图。
图14B是取自图14A的横截面部分。
图15是根据一些实施例的涂层中底。
图16示出了根据一些实施例的单元格的横向堆叠。
图17是根据一些实施例的周边结构。
图18是根据一些实施例的周边结构。
图19是根据一些实施例的周边结构。
图20是根据一些实施例的周边结构。
图21是根据一些实施例的周边结构。
图22是根据一些实施例的周边结构。
图23是根据一些实施例的周边结构。
图24是根据一些实施例的周边结构。
图25是根据一些实施例的周边结构。
图26是根据一些实施例的周边结构。
具体实施方式
现在将参照如附图中所示的本发明的实施例详细描述本发明。提及“一种实施例”，“一个实施例”，“一个示例性实施例”等表示所述实施例可以包括具体的特征，结构或者特性，但是每个实施例可以非必需包括该具体的特征，结构或者特性。此外，这样的措词不必需指的是相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这种特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内的，而不管是否明确描述。
鞋类制品具有许多目的。其中，鞋类制品可以缓冲穿着者的脚、支撑穿着者的脚、保护穿着者的脚(例如，免受伤害)并且优化穿着者的脚的表现。这些目的中的每一个，单独或组合地，提供了一种适于在各种情况下(例如，锻炼和日常活动)使用的舒适的鞋类制品。鞋类制品的特征(例如，用于制造鞋类的形状、部件和材料)可以被改变以产生期望的特性，例如，缓冲、支撑、稳定性、平顺性(ride)和推进(propulsion)特性。
由鞋类制品提供的稳定性可以保护穿着者的脚免受伤害，例如扭伤他或她的脚踝。由鞋类制品提供的推进可以通过例如使从个人的脚到他或她的脚经由鞋类制品接触的表面(例如，地面)的能量传递最大化来优化穿着者的脚的表现。使个人的脚和表面之间的能量传递最大化(即，减少通过鞋类制品损失和/或被鞋类制品吸收的能量)可以帮助运动员例如更快地加速，保持更高的最大速度，更快地改变方向并跳得更高。由鞋类制品提供的缓冲和平顺性特性可以在运动或日常活动期间为个人提供舒适性。
本文所述的三维网格利用构成三维网格的单元格的特性来产生机械各向异性特性。这些机械各向异性特性可以被设计成为限定鞋底的全部或一部分的三维网格提供期望的机械特性。一种可以设计为实现特定机械特性的性质是“点阵剪切模量”。在一些实施例中，三维网格的全部或一部分可被设计成包括各向异性点阵剪切模量，其赋予三维网格期望的机械特性。在一些实施例中，三维网格的多个区域可被设计成包括各向异性点阵剪切模量，其赋予三维网格的不同区域期望的机械特性。可以被设计成实现特定机械特性的其它示例性性质包括但不限于抗压强度和抗弯强度。三维网格期望的机械特性转而又可以产生期望的鞋底特性，例如缓冲、推进、稳定性、平顺性和/或重量特性。
在特定实施例中，如本文所述的三维网格的机械各向异性特性可以设计成当包括三维网格的鞋底接触地面时产生向前推进。在此类实施例中，三维网格可包括在向前方向上测量的点阵剪切模量，其小于在向后方向上测量的点阵剪切模量。通过以这种方式设计三维网格，三维网格可以将竖直负载能量转换成向前位移，当包括三维网格的鞋底在使用期间接触地面时，向前推进穿着者的脚。换句话说，通过以这种方式设计三维网格，当包括三维网格的鞋底在使用期间接触地面时，三维网格可倾向于(predisposed)向前变形。
倾向于在特定方向(例如，向前方向)上变形的三维网格可以为穿着者提供多个优点。例如，由三维网格创建的向前运动可以在跑步时产生改进的效率。换句话说，倾向于向前变形的三维网格可以减少穿着者继续他或她的向前运动所需消耗的能量。作为另一示例，在穿着者改变方向时，倾向于侧向(例如内侧)变形的三维网格可以通过在与例如跑步期间的外侧或内侧急转相关的典型侧向负载条件下提供附加支撑而提高效率。
本文描述的三维网格可包括由不同类型的子单元组成的单元格，其也可被称为“部分单元格”。如本文所述，可以通过以特定布置组装子单元来构造单元格，以创建各向异性点阵剪切模量。在特定实施例中，可以通过以特定布置组装子单元来构造单元格，以创建各向异性点阵剪切模量，当包括三维网格的鞋底接触地面时产生向前推进。
如本文所用，术语“三维网格”是指包括限定多个单元格的互连结构构件的三维结构。结构构件以及单元格可在节点处连接。单元格可以以点阵(lattice)构型布置。例如，互连结构构件可以是在节点处连接并且限定以点阵构型布置的单元格的支柱(strut)。示例性的点阵构型包括但不限于基本立方点阵、体心立方点阵、面心立方点阵和基于这些点阵构型修改的点阵。如本文所述，可以通过组合这些点阵构型的子单元来创建基于这些点阵构型的修改点阵。示例性修改点阵构型如图7A-7C所示。
如本文所用，术语“点阵剪切模量”是指三维网格或其一部分的剪切模量(弹性区域中剪切应力对剪切应变曲线的斜率)。使用以下实体模型模拟测量本文所述的“点阵剪切模量”。使用FEA(有限元分析)建模软件对由用于三维网格的单元格组成的7×7×2单元格盘(puck)进行建模。合适的FEA建模软件包括Abaqus FEA建模软件。7×7×2单元格盘包括两层七个纵向行的七个单元格，所述七个纵向行在横向方向上彼此相邻布置，如本文所述。单元格盘被模型化为夹在顶板和底板之间并与顶板和底板接触。将以下参数输入FEA建模软件用于模拟：(1)用于单元格盘的模型化支柱的材料特性(包括密度和拉伸性质)，(2)负载条件，以及(3)单元格盘和两个板之间的接触力学(包括摩擦性质)。
通过在评价点阵剪切模量的方向上具有45度负载的剪切模拟来确定7×7×2单元格盘在不同方向上的点阵剪切模量。为了确定向前纵向方向上的点阵剪切模量，对向前纵向方向上的45度负载进行建模。为了确定向后纵向方向上的点阵剪切模量，对向后纵向方向上的45度负载进行建模。为了确定向内横向方向上的点阵剪切模量，对向内横向方向上的45度负载进行建模。为了确定向外横向方向上的点阵剪切模量，对向外横向方向上的45度负载进行建模。
绘制7×7×2单元格盘的模拟应力-应变行为，并通过测量图中弹性变形区域中的应力-应变曲线的斜率来计算不同方向上的点阵剪切模量。图10-12显示了示例性建模的7×7×2单元格盘的应力-应变图。
在某些情况下，可以使用FEA建模软件对单轴压缩载荷进行建模，以确定三维网格或其一部分的“点阵压缩模量”。为了确定三维网格的点阵压缩模量，相同模型的7×7×2单元格盘在高达50％的应变下压缩。对于该模型，拖板(tow plate)可在纵向和横向方向上自由移动，因此，单元格盘可在纵向和横向方向上自由变形。绘制7×7×2单元格盘的模型应力-应变行为，并通过测量图中弹性变形区域中的应力-应变曲线斜率来计算点阵压缩模量。此外，这种单轴压缩载荷可用于确定三维网格或其一部分的向前方向的点阵位移。向前方向的点阵位移是7×7×2单元格盘在单轴压缩载荷下向前变形的量，单位为毫米。图13示出了曲线图1300，其绘制了各种示例性7×7×2单元格盘的点阵压缩模量(“压缩刚度”)与向前方向的点阵位移的关系。
如本文所用，“各向异性”是指取决于方向。“各向同性”通常指与方向无关。具有在特定点为各向同性的特定性质的材料或部件将具有相同的性质，而与测量方向无关。例如，如果杨氏模量在一点是各向同性的，则杨氏模量值是相同的，而与用于测量杨氏模量的拉伸方向无关。
各向同性材料或部件具有2个独立的弹性常数，通常表示为材料的杨氏模量和泊松比(尽管可以使用其他表达方式)，这不取决于在这种材料或部件中的位置。完全各向异性材料或部件具有21个独立的弹性常数。正交各向异性材料或部件具有9个独立的弹性常数。
正交各向异性材料或部件是各向异性材料或部件的子集。根据定义，正交各向异性材料或部件具有至少两个正交的对称平面，其中材料性质在每个平面内与方向无关。正交各向异性材料或部件在其刚度矩阵中具有九个独立变量(即弹性常数)。如果材料或部件完全没有对称平面，各向异性材料或部件可具有高达21个弹性常数以限定其刚度矩阵。
本文公开的中底的机械各向异性特性可以提供多种不同的选择，以根据个人或一组个人的需要定制(特制)中底。例如，点阵剪切模量可在中底上的不同区域或部分之间变化，以为个人或一组个人提供期望的特性(例如，缓冲、支撑、稳定性、平顺性和/或推进特性)。
包括如本文所讨论的三维网格的中底可以使用一种或多种增材制造方法来制造。增材制造方法允许制造三维物体而不需要模具。通过减少或消除对模具的需要，增材制造方法可降低产品(例如，鞋)的制造商的成本，并且继而降低产品(例如，鞋)的消费者的成本。使用增材制造的中底的整体制造可使得不需要中底的单独元件的组装。类似地，增材制造的中底可以由单一材料制造，这可以促进中底的容易回收。
此外，由于可能不需要模具，因此增材制造方法便于产品的定制。可以利用增材制造方法来为个人提供定制的且可负担的鞋类。示例性增材制造技术包括例如激光选区烧结、激光选区熔化、热选区烧结、光固化成型、熔丝沉积成形或一般的3D打印。例如在US2009/0126225、WO2010/126708、US 2014/0300676、US 2014/0300675、US 2014/0299009、US2014/0026773、US 2014/0029030、WO 2014/008331、WO 2014/015037、US 2014/0020191、EP2564719、EP 2424398、和US 2012/0117825中描述了与鞋类制品相关的各种增材制造技术。在一些实施例中，增材制造工艺可以包括连续液面生产工艺。例如，增材制造工艺可以包括如在美国专利号9,453,142中描述的连续液面生产工艺，该专利在2016年9月27日发布，并通过引用而全部并入本文。
在一些实施例中，3D打印三维网格可包括3D打印中间生坯状态的网格、使生坯状态的网格成形、以及将生坯网格固化成其最终形状。
通过增材制造由树脂生产中间体的技术是已知的。合适的技术包括通常称为光固化成型的自下而上和自上而下的增材制造。这些方法是已知的，并且描述于例如Hull的美国专利号5,236,637、Lawton的美国专利号5,391,072和5,529,473、John的美国专利号7,438,846、Shkolnik的美国专利号7,892,474、El-Siblani的美国专利号8,110,135、Joyce的美国专利申请公开号2013/0292862和Chen等的美国专利申请公开号2013/0295212中。这些专利和申请的公开内容通过引用而整体并入本文。
在一些实施例中，增材制造步骤通过有时被称为连续液面生产(CLIP)的方法族之一来执行。CLIP是已知的，并且在例如描述于美国专利号9,211,678；9,205,601；9,216,546；以及其它；J.Tumbleston et al.,Continuous liquid interface production of 3DObjects,Science 347,1349-1352(2015)中；和R.Janusziewcz et al.,Layerlessfabrication with continuous liquid interface production,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 113,11703-11708(2016年10月18日)中。用于执行CLIP的特定实施例的方法和装置的其它示例包括但不限于：Batchelder等的美国专利申请公开号US2017/0129169(2017年5月11日)；Sun和Lichkus的美国专利申请公开号US 2016/0288376(2016年10月6日)；Willis等人的美国专利申请公开号US 2015/0360419(2015年12月17日)；Lin等人的美国专利申请公开号US 2015/0331402(2015年11月19日)；D.Castanon的美国专利申请公开号US 2017/0129167(2017年5月11日)；B.Feller的美国专利申请公开号US2018/0243976(2018年8月30日公开)；M.Panzer和J.Tumbleston的美国专利申请公开号US2018/0126630(2018年5月10日公开)；K.Willis和B.Adzima的美国专利申请公开号US2018/0290374(2018年10月11日)；L.Robeson等人的PCT专利公开号WO 2015/164234(也参见美国专利号10,259,171和10,434,706)；以及C.Mirkin等人的PCT专利公开号WO 2017/210298(也参见美国专利号US 2019/0160733)。这些专利和申请的公开内容通过引用而整体并入本文。
尽管光固化成型如CLIP是优选的，但应理解也可使用其它增材制造技术如喷射打印(参见例如授予Gothait的美国专利6,259,962和授予Ramos等人的美国专利申请序列号US 2020/0156308)。
在一些实施例中，三维网格可具有如本文所述的在向前和向后方向上的各向异性点阵剪切模量。在一些实施例中，三维网格的一个或多个区域可具有如本文所述的在向前和向后方向上的各向异性点阵剪切模量。在一些实施例中，在向前方向上的点阵剪切模量可以大于在向后方向上的点阵剪切模量。在一些实施例中，在向前方向上的点阵剪切模量可以小于在向后方向上的点阵剪切模量。
通过将向前方向的点阵剪切模量特制(tailoring)为大于或小于向后方向的点阵剪切模量，鞋底可以设计成在使用过程中受到垂直力、向前力和向后力作用时具有期望的特性。例如，在向后方向上的点阵剪切模量可被设计成相对较硬以在运动员在向前方向上加速(其在鞋底上施加显著的向后力)时提供推进力。在运动员向前加速时，相对较硬的点阵剪切模量，以及因此相对柔性的向前方向的点阵剪切模量，也可以通过将施加到鞋底的垂直力转化为向前位移来提供向前推进力，从而促进向前加速。作为另一示例，在向前方向上的点阵剪切模量可以被设计成相对柔性的，以在脚跟着地期间或者运动员减速时(这两种情况都可以在鞋底上施加显著的向前力)提供支撑和/或缓冲。
图1和2示出了根据一些实施例的鞋类制品100。鞋类制品100可以包括联接到中底130的鞋面120。鞋类制品100包括前足端102、鞋跟端104、内侧106和与内侧106相对的外侧108。同样，例如如图2所示，鞋类制品100包括前足部分110、中足部分112和鞋跟部分114。部分110、112和114不旨在精确地划分鞋类制品100的区域。相反，部分110、112和114旨在表示鞋类制品100的提供参考系的大致区域。尽管部分110、112和114通常适用于鞋类制品100，但是对部分110、112和114的引用也可以具体地适用于鞋面120或中底130，或鞋面120或中底130的单独的部件。
在一些实施例中，鞋类制品100可以包括联接到中底130的外底140。中底130和外底140一起可以限定鞋类制品100的鞋底150。在一些实施例中，外底140可以直接制造(例如，3D打印)在中底130的底侧上。在一些实施例中，外底140和中底130可以在一个制造工艺(例如，一个3D打印工艺)中制造，并且可以不需要例如经由粘合剂的结合。在一些实施例中，外底140可以包括多个突起142以为鞋类制品100提供附着摩擦力。突起142可以被称为踏面(tread)。
如图1中的示例所示，中底130可包括由多个互连的单元格134组成的三维网格132。中底130可以是本文描述的任何中底，例如，中底300、中底600和中底1500。而且，中底130可以包括本文所讨论的任何三维网格。
鞋面120和鞋底150可以被配置用于特定类型的鞋类，包括但不限于跑鞋、徒步鞋、水鞋、训练鞋、健身鞋、舞蹈鞋、骑行鞋、网球鞋、防滑鞋(cleat)(例如，棒球防滑鞋、足球防滑鞋或橄榄球防滑鞋)、篮球鞋、靴子、步行鞋、休闲鞋或礼服鞋。此外，鞋底150的尺寸和形状可以被设计为向鞋类制品100提供缓冲、稳定性、推进和平顺性特性的期望组合。术语"平顺性"可在此用于描述在步态周期(包括足跟着地、足中站立、足趾离地以及这些阶段之间的过渡)期间产生的平滑或流畅的感觉。在一些实施例中，鞋底150可提供特定的平顺性特征，包括但不限于适当地控制内翻和外翻、支持自然运动、支持不受约束的或较少约束的运动、适当地管理变化和过渡的速率、及其组合。
鞋底150及其部分(例如，中底130和外底140)可以包括用于提供期望的缓冲、平顺性、推进、支撑和稳定性的材料。用于鞋底150(例如，中底130和/或外底140)的合适材料包括但不限于泡沫、橡胶、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、膨胀热塑性聚氨酯(eTPU)、聚醚嵌段酰胺(PEBA)、膨胀聚醚嵌段酰胺(ePEBA)、热塑性橡胶(TPR)和热塑性聚氨酯(PU)。在一些实施例中，泡沫可以包括例如基于EVA的泡沫或基于PU的泡沫，并且泡沫可以是开孔泡沫或闭孔泡沫。在一些实施例中，中底130和/或外底140可以包括弹性体、热塑性弹性体(TPE)、泡沫状塑料和凝胶状塑料及其组合。在一些实施例中，中底130和/或外底140可以包括聚烯烃，例如聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和/或聚丙烯(PP)。在一些实施例中，鞋底150可以包括鞋芯垫片(shank)或扭杆(torsion bar)。在这样的实施例中，鞋芯垫片或扭杆可由尼龙聚合物制成。
鞋底150及其部分(例如，中底130和外底140)可以使用增材制造工艺形成，包括但不限于激光选区烧结、激光选区熔化、热选区烧结、光固化成型或熔丝沉积成形等，或一般的3D打印。在一些实施例中，中底130和/或外底140可以使用包括连续液面生产工艺的增材制造工艺形成。例如，在美国专利号9,453,142中描述的连续液面生产工艺，该专利在2016年9月27日发布，并通过引用而全部并入本文。在一些实施例中，中底130和外底140可以通过增材制造工艺形成为单个件。在这样的实施例中，中底130和外底140可以是单个一体形成的部件。
在一些实施例中，外底140可以通过注射成型、吹塑成型、模压成型、滚塑成型或浸渍而成型。在这样的实施例中，中底130和外底140可以是单独形成并附接的分立部件。在一些实施例中，中底130可经由例如但不限于粘合剂粘结、缝合、焊接或其组合附接到外底140。在一些实施例中，中底130可经由布置在中底130和外底140之间的粘合剂附接到外底140。类似地，中底130可经由例如但不限于粘合剂粘结、缝合、焊接或其组合附接到鞋面120。
图3示出了根据一些实施例的中底300。中底300包括前足端302、鞋跟端304、内侧306、外侧308、顶侧310和底侧312。中底300的纵向方向350在前足端302和鞋跟端304之间延伸。纵向方向350包括从鞋跟端304延伸至前足端302的向前纵向方向(“向前方向”)和从前足端302延伸至鞋跟端304的向后纵向方向(“向后方向”)。中底300的横向方向352在中底300的内侧306和外侧308之间延伸。横向方向352包括从外侧308延伸至内侧306的向内横向方向(“向内方向”)和从内侧306延伸至外侧308的向外横向方向(“向外方向”)。中底300的竖直方向354在中底300的顶侧310和底侧312之间延伸。竖直方向354包括从底侧312延伸到顶侧310的向上竖直方向(“向上方向”)和从顶侧310延伸到底侧312的向下竖直方向(“向下方向”)。顶侧310可被认为是“面向上的侧面”，底侧312可被认为是“面向地面的侧面”。
中底300可以完全或部分地由三维网格320限定。例如，在一些实施例中，三维网格320可以限定中底300的前足部分110、中底300的中足部分112和/或中底的鞋跟部分114中的一个或多个。在一些实施例中，三维网格320可以限定中底300的前足部分110的全部或一部分。在一些实施例中，三维网格320可以限定中底300的中足部分112的全部或一部分。在一些实施例中，三维网格320可以限定中底300的鞋跟部分114的全部或一部分。
类似于中底300，三维网格320可被描述为具有前足端302、鞋跟端304、内侧306、外侧308、顶侧310和底侧312。除非另外指定，用于三维网格320的前足端302、鞋跟端304、内侧306、外侧308、顶侧310和底侧312不一定对应于中底300的前足端302、鞋跟端304、内侧306、外侧308、顶侧310或底侧312。三维网格320的前足端302指三维网格320的最前端，三维网格320的鞋跟端304指三维网格320的最后端。三维网格320的内侧306指三维网格320的最内侧，三维网格320的外侧308指三维网格320的最外侧。三维网格320的顶侧310是指三维网格320的最顶侧，三维网格320的底侧312是指三维网格320的最底侧。
在一些实施例中，中底300可包括围绕中底300的顶侧310的周边的全部或一部分设置的边缘314。在一些实施例中，边缘314可以围绕中底300的内侧和外侧306/308的周边的全部或一部分设置。在包括边缘314的实施例中，边缘314可以为中底300的周边提供稳定性和/或可以便于中底300附接到鞋面(例如，鞋面120)。在一些实施例中，外底316可以联接到中底300的底侧312。
三维网格320包括多个互连的单元格322。互连的单元格322包括限定各个单元格322的三维形状的多个支柱330。三维网格320的多个支柱330在节点340处连接。在节点340处连接的支柱330的数量是节点340的“价数”。例如，如果四个支柱330在节点340处连接，则该节点340具有四价。在一些实施例中，节点340可以具有在二到十二的范围内的价数。例如，节点340可以具有二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一或十二的价数，或在以这些值中的任何两个作为端点的范围内的价数。
互连的单元格322可以组织在限定三维网格320体积的点阵框架中。点阵格框架由多个点阵单元组成，单元格322填充并布置在其中。点阵框架是用于排列单元格322或部分单元格(即子单元)，并构造如本文所述的三维网格320的不可见框架。在一些实施例中，点阵框架可以是未扭曲的点阵框架，例如纯立方点阵框架。在一些实施例中，点阵框架可以是扭曲的点阵框架，例如扭曲的立方点阵框架。扭曲的点阵框架可以包括扭曲的点阵单元和未扭曲的点阵单元。其他示例性点阵框架包括但不限于四面体点阵框架、扭曲的四面体点阵框架、十二面体点阵框架或扭曲的十二面体点阵框架。
可以使用计算机建模程序生成点阵框架，例如但不限于Grasshopper 3D和/或Rhinoseros 3D CAD软件。图14A和14B示出了示例性扭曲的立方点阵框架1400，包括多个点阵单元400，包括未扭曲的点阵单元1410和扭曲的点阵单元1420。在一些实施例中，可以与美国专利号10,575,588中所述相同或类似的方式创建和/或填充点阵框架，该专利在2020年3月3日发布，并通过引用而全部并入本文。
三维网格320可以包括一个或多个机械各向异性区域。具有一个或多个机械各向异性区域的三维网格320可以限定中底300的前足部分110、中底300的中足部分112和/或中底的鞋跟部分114的全部或一部分。在一些实施例中，机械各向异性区域可以限定中底300的前足部分110的全部或一部分。在一些实施例中，机械各向异性区域可以限定中底300的中足部分112的全部或一部分。在一些实施例中，机械各向异性区域可以限定中底300的鞋跟部分114的全部或一部分。在一些实施例中，三维网格320可以包括至少两个机械各向异性区域。
三维网格320的机械各向异性区域可具有在第一方向上测量的第一点阵剪切模量，以及不同于第一点阵剪切模量并且在与第一方向相反或正交的第二方向上测量的第二点阵剪切模量。在一些实施例中，三维网格320的机械各向异性区域可具有在第三方向上测量的第三点阵剪切模量和不同于第三点阵剪切模量并在与第三方向相反或正交的第四方向上测量的第四点阵剪切模量。
如本文所用，除非另外指明，否则对“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的引用不旨在表示顺序，或者对于编号较后的特征需要编号较前的特征。此外，除非另外指定，否则“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的使用不一定意味着“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等特征具有不同的性质或值。
在一些实施例中，限定网格320或其各向异性区域的多个互连的单元格322可各自包括软子单元(soft sub-cell)和硬子单元(stiff sub-cell)。在一些实施例中，多个互连的单元格322中的每一个可以各自包括多个软子单元和多个硬子单元。在一些实施例中，多个互连的单元格322中的每一个可以各自包括多个相同的软子单元和多个相同的硬子单元。图5A和5B表示根据一些实施例的示例性软子单元430和硬子单元440。
在一些实施例中，限定三维网格320或其各向异性区域的每个互连的单元格322可包括软子单元和硬子单元。在一些实施例中，限定三维网格320或其各向异性区域的每个互连的单元格可包括多个软子单元和多个硬子单元。在一些实施例中，位于三维网格320的部分或其各向异性区域中的每个互连的单元格322可包括软子单元和硬子单元，所述三维网格320具有在竖直方向354上测量的至少与单元格322的厚度一样大的厚度。在一些实施例中，位于三维网格320的部分或其各向异性区域中的每个互连的单元格可包括多个软子单元和多个硬子单元，所述三维网格320具有在竖直方向354上测量的至少与单元格322的厚度一样大的厚度。
在一些实施例中，限定三维网格320或其各向异性区域的互连的单元格322可以包括八个子单元。在一些实施例中，八个子单元可以包括多个软子单元和多个硬子单元。在一些实施例中，八个子单元可以包括四个软子单元和四个硬子单元。在一些实施例中，八个子单元可以包括四个相同的软子单元和四个相同的硬子单元。
软子单元由限定单元格322的一部分的多个支柱330和一个或多个节点340组成。换句话说，软子单元是限定单元格的一部分的部分单元格。如本文所用，“软子单元”是用于点阵结构的子单元，其具有：(i)小于用于限定相同单元格322的一部分的“硬子单元”的点阵结构的模型化压缩模量，(ii)小于用于限定相同单元格322的一部分的“硬子单元”的点阵结构的模型化剪切模量，或(iii)两者。
硬子单元由限定单元格322的一部分的多个支柱330和一个或多个节点340组成。换句话说，硬子单元是限定单元格的一部分的部分单元格。如本文所用，“硬子单元”是用于点阵结构的子单元，其具有(i)大于用于限定相同单元格322的一部分的“软子单元”的点阵结构的模型化压缩模量，(ii)大于用于限定相同单元格322的一部分的“软子单元”的点阵结构的模型化剪切模量，或(iii)两者。
用于单元格322的软子单元可以是用于第一点阵结构的子单元，并且用于单元格322的硬子单元可以是用于不同于第一点阵结构的第二点阵结构的子单元。在一些实施例中，第一点阵结构可以是各向同性点阵结构。在一些实施例中，第二点阵结构可以是各向同性点阵结构。在一些实施例中，第一点阵结构和第二点阵结构可以是各向同性点阵结构。图8A-8C示出了根据一些实施例的软子单元的示例性各向同性点阵结构。图9A-9C示出了根据一些实施例的用于硬子单元的示例性各向同性点阵结构。
在一些实施例中，用于软子单元的第一点阵结构可以具有第一模型化压缩模量，并且用于硬子单元的第二点阵结构可以具有比第一模型化压缩模量大15％或更多的第二模型化压缩模量。在一些实施例中，用于软子单元的第一点阵结构可以具有第一模型化压缩模量，并且用于硬子单元的第二点阵结构可以具有比第一模型化压缩模量大15％至500％的第二模型化压缩模量，包括子范围。例如，第二点阵结构可具有第二模型化压缩模量，其比第一模型化压缩模量大15％至500％，比第一模型化压缩模量大15％至400％，比第一模型化压缩模量大15％至200％，比第一模型化压缩模量大15％至100％，比第一模型化压缩模量大100％至500％，或比第一模型化压缩模量大200％至500％，或在以这些值中的任何两个作为端点的范围内。
在一些实施例中，用于软子单元的第一点阵结构可以具有第一模型化剪切模量，并且用于硬子单元的第二点阵结构可以具有比第一模型化剪切模量大15％或更多的第二模型化剪切模量。在一些实施例中，用于软子单元的第一点阵结构可以具有第一模型化剪切模量，并且用于硬子单元的第二点阵结构可以具有比第一模型化剪切模量大15％至500％的第二模型化剪切模量，包括子范围。例如，第二点阵结构可具有第二模型化剪切模量，其比第一模型化剪切模量大15％至500％，比第一模型化剪切模量大15％至400％，比第一模型化剪切模量大15％至200％，比第一模型化剪切模量大15％至100％，比第一模型化剪切模量大100％至500％，或比第一模型化剪切模量大200％至500％，或在以这些值中的任何两个作为端点的范围内。
如本文所用，使用以下模型确定点阵结构的“模型化压缩模量”和“模型化剪切模量”。使用FEA建模软件对单元格盘的梁模型模拟进行模型化。合适的FEA建模软件包括Abaqus FEA建模软件。为了模型效率的目的，可以使用小至3×3×1单元格盘的单元格盘。3×3×1单元格盘包括一层3个纵向行的3个单元格，这些单元格如本文所述在横向方向上彼此相邻排列。可以使用其他的单元格盘尺寸，只要在比较两个或更多个点阵结构的模型化压缩模量或模型化剪切模量时使用相同的尺寸即可。单元格盘被模型化为夹在顶板和底板之间并与顶板和底板接触。将以下参数输入FEA建模软件用于模拟：(1)用于单元格盘的模型化支柱的材料特性(包括密度和弹性材料性质)，(2)负载条件，以及(3)单元格盘和两个板之间的接触力学(包括摩擦性质)。
为了确定“模型化压缩模量”，通过使用顶板将盘压缩至50％应变并捕获所得的应力-应变曲线来施加单轴压缩载荷。通过测量弹性变形区域中的应力-应变曲线的斜率来计算模型化压缩模量。
为了确定“模型化剪切模量”，顶板以与水平面成45度角压缩，并且捕获所得应力-应变曲线。通过测量弹性变形区域中的应力-应变曲线的斜率来计算模型化剪切模量。
通过在单元格322中的不同位置处布置软子单元和硬子单元，可以控制单元格322的机械性质，并且因此控制三维网格320的机械性质。如上所述，三维网格320的单元格322可被填充并布置在限定该三维网格320的体积的点阵框架的点阵单元中。软子单元和硬子单元在单元格322中的位置可以由软子单元和硬子单元在单元格322被填充的点阵单元400中的位置来限定。图4A和4B示出了根据一些实施例的点阵单元400。图5A和5B示出了根据一些实施例的由位于点阵单元400中的软子单元430和硬子单元440组成的单元格322。
在一些实施例中，点阵单元400中的软子单元和硬子单元的位置可以由点阵单元400的两个或更多个以下象限中的一个或多个软子单元和一个或多个硬子单元的位置来限定：(i)上-前象限420，(ii)上-后象限422，(iii)下-前象限424，以及(iv)下-后象限426。上-前象限420和上-后象限422是点阵单元400在向上竖直方向354上的两个最上象限。上-前象限420和上-后象限422分别位于下-前象限424和下-后象限426上方。上-前象限420和下-前象限424是点阵单元400在向前纵向方向350上的两个最前象限。上-前象限420和下-前象限424分别位于上-后象限422和下-后象限426的前方。在点阵单元400中填充的单元格322也可被描述为具有上-前象限420、上-后象限422、下-前象限424和下-后象限426。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-前象限420中的一个或多个软子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-前象限420中的两个软子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-前象限420中的一个或多个硬子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-前象限420中的两个硬子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-后象限422中的一个或多个软子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-后象限422中的两个软子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-后象限422中的一个或多个硬子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于上-后象限422中的两个硬子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格333可以包括位于下-前象限424中的一个或多个软子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-前象限424中的两个软子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-前象限424中的一个或多个硬子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-前象限424中的两个硬子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-后象限426中的一个或多个软子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-后象限426中的两个软子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-后象限426中的一个或多个硬子单元。在一些实施例中，三维网格320的单元格322可以包括位于下-后象限426中的两个硬子单元。
在一些实施例中，三维网格320的单元格322可包括以下子单元：(i)位于上-前象限420中的至少一个软子单元，(ii)位于上-后象限422中的至少一个硬子单元，(iii)位于下-前象限424中的至少一个硬子单元，以及(iv)位于下-后象限426中的至少一个软子单元。在这样的实施例中，软和硬子单元的这种布置可以导致三维网格320能够将竖直负载能量转换成向前位移，当包括三维网格320的鞋底在使用期间接触地面时，这可以向前推进穿着者的脚。换句话说，这种软和硬子单元的布置可导致在包括三维网格320的鞋底接触地面时三维网格320倾向于向前(即，沿向前纵向方向350)变形。
通过将单元格322的取向旋转180°可以实现相反的结果。在这样的实施例中，三维网格320的单元格322可包括以下子单元：(i)位于上-前象限420中的至少一个硬子单元，(ii)位于上-后象限422中的至少一个软子单元，(iii)位于下-前象限424中的至少一个软子单元，以及(iv)位于下-后象限426中的至少一个硬子单元。在这样的实施例中，软和硬子单元的这种布置可产生三维网格320，当包括三维网格320的鞋底接触地面时，三维网格320倾向于向后(即，沿向后的纵向方向350)变形。
图5A和5B示出了根据一些实施例的单元格322的填充有软子单元430和硬子单元440的点阵单元400。所示的单元格322包括：(i)两个软子单元430并排位于上-前象限420中，(ii)两个硬子单元440并排位于上-后象限422中，(iii)两个硬子单元440位于下-前象限424中，以及(iv)两个软子单元430位于下-后象限426中。这种软和硬子单元的布置可导致在包括三维网格320的鞋底接触地面时三维网格320倾向于向前(即，沿向前纵向方向10)变形。
在一些实施例中，点阵单元400中的软子单元和硬子单元的位置可以由点阵单元400的以下八个区域中的两个或更多个区域中的软子单元或硬子单元的位置来限定：(i)上-前-内侧区域402，(ii)上-前-外侧区域404，(iii)上-后-内侧区域406，(iv)上-后-外侧区域408，(v)下-前-内侧区域410，(vi)下-前-外侧区域412，(vii)下-后-内侧区域414，以及(viii)下-后-外侧区域416。上-前-内侧区域402和上-前-外侧区域404位于点阵单元400的上-前象限420内，区域402在横向方向352上位于区域404的内侧。上-后-内侧区域406和上-后-外侧区域408位于点阵单元400的上-后象限422中，区域406位于横向方向352上的区域408的内侧。下-前-内侧区域410和下-前-外侧区域412位于点阵单元400的下-前象限424中，区域410位于横向方向352上的区域412的内侧。下-后-内侧区域414和下-后-外侧区域416位于点阵单元400的下-后象限中，区域414位于横向方向352上的区域416的内侧。
位于上-前-内侧区域402中的子单元可以被称为上-前-内侧子单元。在一些实施例中，上-前-内侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，上-前-内侧子单元可以是硬子单元。
位于上-前-外侧区域404中的子单元可以被称为上-前-外侧子单元。在一些实施例中，上-前-外侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，上-前-外侧子单元可以是硬子单元。
位于上-后-内侧区域406中的子单元可以被称为上-后-内侧子单元。在一些实施例中，上-后-内侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，上-后-内侧子单元可以是硬子单元。
位于上-后-外侧区域408中的子单元可以被称为上-后-外侧子单元。在一些实施例中，上-后-外侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，上-后-外侧子单元可以是硬子单元。
位于下-前-内侧区域410中的子单元可以被称为下-前-内侧子单元。在一些实施例中，下-前-内侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，下-前-内侧子单元可以是硬子单元。
位于下-前-外侧区域412中的子单元可称为下-前-外侧子单元。在一些实施例中，下-前-外侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，下-前-外侧子单元可以是硬子单元。
位于下-后-内侧区域414中的子单元可以被称为下-后-内侧子单元。在一些实施例中，下-后-内侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，下-后-内侧子单元可以是硬子单元。
位于下-后-外侧区域416中的子单元可称为下-后-外侧子单元。在一些实施例中，下-后-外侧子单元可以是软子单元。在一些实施例中，下-后-外侧子单元可以是硬子单元。
图5A和5B示出了根据一些实施例的单元格322的填充有四个软子单元430和四个硬子单元440的点阵单元400。所示的单元格322包括：(i)位于上-前-内侧区域402中的上-前-内侧软子单元430，(ii)位于上-前-外侧区域404中的上-前-外侧软子单元430，(iii)位于上-后-内侧区域406中的上-后-内侧硬子单元440，(iv)位于上-后-外侧区域408中的上-后-外侧硬子单元440，(v)位于下-前-内侧区域410中的下-前-内侧硬子单元440，(vi)位于下-前-外侧区域412中的下-前-外侧硬子单元440，(vii)位于下-后-内侧区域414中的下-后-内侧软子单元430，以及(viii)位于下-后-外侧区域416中的下-后-外侧软子单元430。
在点阵单元400中填充的子单元可包括在位于点阵单元400的边缘处的多个边缘节点460处连接的支柱330。在一些实施例中，填充点阵单元400的子单元可以包括在位于点阵单元400的面上的多个面节点462处连接的支柱330。对于网格320的结构完整性，优选地用共享相同边缘节点460的软和硬子单元填充点阵单元400，并且在包括面节点462的实施例中，其共享相同的面节点462。如果不共享相同边缘节点460和/或面节点462的软和硬子单元被填充到点阵单元400中，则其可以导致具有一个或多个支柱330的单元格，所述一个或多个支柱不连接到网格320内的另一支柱330。
通过以上述各种组合中的任何一种来布置软和硬子单元，可以操纵和利用三维网格320或其各向异性区域的机械特性以产生三维网格320的期望性能特性(performancecharacteristics)。可以操纵和利用的示例性机械性能包括但不限于不同方向上的点阵剪切模量和点阵压缩模量。软和硬子单元在点阵单元400的不同区域和象限中的位置可以在不同方向上影响单元格322的机械特性，并且因此影响三维网格320的机械特性。在一些实施例中，可以定位软和硬子单元以创建单元格322，其导致三维网格320在向前和向后方向上具有不同的点阵剪切模量。在一些实施例中，可以定位软和硬子单元以创建单元格322，其导致三维网格320在内侧和外侧方向上具有不同的点阵剪切模量。
图6A和6B示出了根据一些实施例的具有机械各向异性区域650的三维网格620的中底600。中底600包括前足端602、鞋跟端604、内侧606和外侧608。中底600的机械各向异性区域650包括多个单元格322，其由布置在点阵单元400中的软子单元430和硬子单元440组成，如图5A和5B所示。各向异性区域650从中底600的前足部分110延伸，通过中底600的中足部分112，并到达中底600的鞋跟部分114。三维网格320的各向异性区域650包括图7A所示的各向异性点阵结构700。机械各向异性区域650可以倾向于在如本文所述的竖直载荷下向前变形。
在一些实施例中，三维网格320或其各向异性区域(例如各向异性区域650)可包括在向前方向(即，向前纵向方向350)上测量的点阵剪切模量和在向后方向(即，向后纵向方向350)上测量的点阵剪切模量，其不同于在向前方向上测量的点阵剪切模量。在一些实施例中，在向后方向上测量的点阵剪切模量可与在向前方向上测量的点阵剪切模量相差10％或更多。在一些实施例中，在向后方向上测量的点阵剪切模量可与在向前方向上测量的点阵剪切模量相差10％至400％，包括子范围。例如，在向后方向上测量的点阵剪切模量可与在向前方向上测量的点阵剪切模量相差10％至400％、50％至400％、100％至400％、或200％至400％，或在以这些值中的任何两个作为端点的范围内。
在一些实施例中，三维网格320或其各向异性区域(例如，各向异性区域650)可包括在向前方向(即，向前纵向方向350)上测量的点阵剪切模量和在向后方向(即，向后纵向方向350)上测量的点阵剪切模量，其大于在向前方向上测量的点阵剪切模量。在一些实施例中，在向后方向上测量的点阵剪切模量可以比在向前方向上测量的点阵剪切模量大10％或更多。在一些实施例中，在向后方向上测量的点阵剪切模量可以比在向前方向上测量的点阵剪切模量大10％至400％，包括子范围。例如，在向后方向上测量的点阵剪切模量可比在向前方向上测量的点阵剪切模量大10％至400％、50％至400％、100％至400％、或200％至400％，或在以这些值中的任何两个作为端点的范围内。
在一些实施例中，三维网格320或其各向异性区域可具有大于1.1的在向后方向上测量的点阵剪切模量与在向前方向上测量的点阵剪切模量的比率。例如，在一些实施例中，三维网格320或其各向异性区域可具有在向后方向上测量的点阵剪切模量与在向前方向上测量的点阵剪切模量的比率，其范围为1.1至4、1.1至3或1.1至2。
当包括三维网格的鞋底接触地面时，在向后方向上测量的点阵剪切模量比在向前方向上测量的点阵剪切模量大10％或更多的三维网格或其各向异性区域可倾向于充分地向前(即，在向前纵向方向350上)变形。类似地，当包括三维网格的鞋底接触地面时，具有大于1.1的在向后方向上测量的点阵剪切模量与在向前方向上的点阵剪切模量的比率的三维网格或其各向异性区域可倾向于充分地向前(即，在向前纵向方向350上)变形。
在一些实施例中，三维网格或其各向异性区域可具有在与向前方向正交的横向方向上(即，向外或向内横向方向352)上测量的第三点阵剪切模量，其大于在向前方向上测量的点阵剪切模量并且小于在向后方向上测量的点阵剪切模量。换句话说，在这样的实施例中，在向前方向上测量的点阵剪切模量可以小于在横向方向上测量的点阵剪切模量，并且在向后方向上测量的点阵剪切模量可以大于在横向方向上测量的点阵剪切模量。在一些实施例中，横向点阵剪切模量的值可以在前向点阵剪切模量的值和向后点阵剪切模量的值之间，并且更接近更硬的向后点阵剪切模量的值。这些值之间的这种关系可以帮助三维网格或其各向异性区域提供稳定性。
图10-12中所示的曲线图示出了如本文所讨论的在点阵单元中布置软和硬子单元如何能够产生使三维网格倾向于向前变形的各向异性点阵剪切模量。图10的曲线图1000示出了图7A所示的点阵结构700的点阵剪切模量建模结果。图7A示出了点阵结构700的第一侧视图(S1)和第二侧视图(S2)。图11的曲线图1100示出了图7B所示的点阵结构720的点阵剪切模量建模结果。图7B示出点阵结构720的第一侧视图(S1)和第二侧视图(S2)。图12的曲线图1200示出了图7C所示的点阵结构740的点阵剪切模量建模结果。图7C示出了点阵结构740的第一侧视图(S1)和第二侧视图(S2)。用于产生图10-12所示结果的每个模型的支柱的机械特性、负载特性和接触力学是相同的。
点阵结构700由来自图8A所示的各向同性点阵结构800的软子单元和来自图9A所示的各向同性点阵结构900的硬子单元组成。用于点阵结构700的软子单元和硬子单元布置在点阵单元中，如图5A和5B所示。点阵结构720由来自图8B所示的各向同性点阵结构820的软子单元和来自图9B所示的各向同性点阵结构920的硬子单元组成。用于点阵结构720的软子单元和硬子单元布置在点阵单元中，如图5A和5B所示。点阵结构740由来自图8C所示的各向同性点阵结构840的软子单元和来自图9C所示的各向同性点阵结构940的硬子单元组成。点阵结构740的软子单元和硬子单元布置在点阵单元中，如图5A和5B所示。
点阵结构700、720和740各自的点阵剪切模量总结在下面的表1中，在曲线图1000-1200中，曲线“1”是当在向前纵向方向上负载时点阵结构的力-位移曲线(应力-应变曲线)，曲线“2”是当在向后纵向方向上负载时点阵结构的力-位移曲线，曲线“3”是当在横向方向上负载时点阵结构的力-位移曲线。在表1中，“δ剪切模量”是向前剪切模量和向后剪切模量之间的百分比差，并且“剪切模量比率”等于向后剪切模量除以前向剪切模量。点阵剪切模量以牛顿/毫米(N/mm)为单位报告。
表1
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点阵结构700具有30％的δ剪切模量值，这意味着在向后方向上测量的点阵剪切模量比在向前方向上测量的点阵剪切模量大30％。对于点阵结构700，在向后方向上测得的点阵剪切模量与在向前方向上测得的点阵剪切模量的比率为1.3。与点阵结构700类似，点阵结构720具有大于10％的δ剪切模量值。点阵结构720具有138％的δ剪切模量值，这意味着在向后方向上测量的点阵剪切模量比在向前方向上测量的点阵剪切模量大138％。对于点阵结构720，在向后方向上测量的点阵剪切模量与在向前方向上测量的点阵剪切模量的比率为2.38。由布置在各向异性点阵结构700和720中的单元格322组成的三维网格在竖直载荷下应当能够充分地向前变形，并将竖直负载能量转换成向前位移，以在包括三维网格的鞋底接触地面时帮助推动穿着者的脚向前。
与点阵结构700和720相比，点阵结构740具有相对小的δ剪切模量。点阵结构740具有5％的δ剪切模量值，这意味着在向后方向上测量的点阵剪切模量比在向前方向上测量的点阵剪切模量大5％。对于点阵结构740，在向后方向上测得的点阵剪切模量与在向前方向上测得的点阵剪切模量的比率为1.05。当包括三维网格的鞋底接触地面时，由布置在各向异性点阵结构740中的单元格322组成的三维网格可能无法将足够的竖直负载能量转换成向前位移以有意义地帮助推进穿着者的脚向前。
表1中总结的结果表明，软和硬子单元的某些组合可以为鞋底提供期望的向前运动特性。然而，并非所有软子单元和硬子单元的组合都将必然提供期望的特性。
在一些实施例中，三维网格或其机械各向异性区域可具有10N/mm或更大的点阵压缩模量。在一些实施例中，三维网格或其机械各向异性区域可具有范围从10N/mm至25N/mm的点阵压缩模量。当三维网格结合到鞋类制品的鞋底中时，10N/mm或更大的点阵压缩模量可为穿着者的脚提供所需量的缓冲。
在一些实施例中，三维网格或其机械各向异性区域可在向前方向上具有3.5mm或更大的点阵位移。在一些实施例中，三维网格或其机械各向异性区域可在向前方向上具有3.5mm至10mm的点阵位移。当包括三维网格的鞋底接触地面时，3.5mm或更大的向前方向上的点阵位移可提供适量的向前位移以有意义地帮助推进穿着者的脚向前。
图13中的曲线图1300是根据一些实施例的各种点阵结构的点阵压缩模量(“压缩刚度”)与向前方向上的点阵位移的关系的曲线图。在曲线图1300中，点阵结构700被标记为“多13(Multi 13)”，点阵结构720被标记为“多21”，点阵结构740被标记为“多7”。
如本文所述的三维网格320可以使用三维(3-D)打印方法制造。在这样的实施例中，3D打印用于鞋底的三维网格320包括打印多个互连的单元格322，其中每个互连的单元格322包括限定三维形状的多个支柱330和一个或多个支柱330在其处连接的多个节点340。在一些实施例中，3-D打印过程可包括打印一组互连的单元格322，其限定三维网格320的一个或多个机械各向异性区域。三维网格320的机械各向异性区域可包括单元格322和各向异性点阵剪切模量，如本文所讨论的。
在一些实施例中，如本文所述的软子单元和硬子单元的布置可被利用以产生具有周边结构的三维网格320，所述周边结构具有独特图案。在一些实施例中，三维网格320可具有周边侧壁，该周边侧壁限定由如本文所述布置的软子单元和硬子单元限定的周边结构。三维网格320的周边侧壁由三维网格320的前足端、鞋跟端、内侧和外侧限定。周边侧壁的周边结构可为从三维网格320的向内横向方向352或向外横向方向352的侧视图中的周边结构。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图17中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图18中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图19中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图20中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图21中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图22中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图23中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图24中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图25中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定包括图26中所示结构的周边结构的周边侧壁。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格可具有限定周边结构的周边侧壁，该周边结构具有由八个支柱330限定并以一定图案布置在周边侧壁处的多个八边区域。由八个支柱330限定的多个八边区域可具有大体上相同的大小。在一些实施例中，由八个支柱330限定的多个八边区域可以在周边侧壁处彼此直接相邻地布置。直接相邻的八边区域共享限定其八边形状的一个或多个支柱。在一些实施例中，由八个支柱330限定的多个八边区域可以各自具有蝴蝶结周边形状。
图6A和6B示出了根据一些实施例的具有周边结构660的周边侧壁610的中底600。周边结构660包括多个彼此直接相邻排列并具有基本相同尺寸的八边区域662。直接相邻的八边区域662共享一个或多个边界支柱666。多个八边区域662可以由在八个节点340处连接的八个边界支柱666限定。如图6A和6B所示，这些八边区域662可具有蝴蝶结周边形状(参见图6B中的虚线)。
在一些实施例中，多个八边区域662可以包括具有由在内部节点668处连接的四个内部支柱667限定的四个开口665的第一八边区域664和具有由八个边界支柱666限定的单个开口672的第二八边区域670。在一些实施例中，多个八边区域662可以包括具有由在内部节点668处连接的四个内部支柱667限定的四个开口665的多个第一八边区域664和具有由八个边界支柱666限定的单个开口672的多个第二八边区域670。内部节点668是位于八边区域662内的节点。类似地，内部支柱667是延伸到八边区域662中的支柱。八边区域662的边界支柱666限定了区域662的周边形状。
在一些实施例中，多个第一八边区域662可布置成在纵向方向350上在中底600的前足端602和中底600的鞋跟端604之间延伸的第一行680。在一些实施例中，多个第二八边区域670可布置成在纵向方向350上在中底600的前足端602和中底600的鞋跟端604之间延伸的第二行690。在一些实施例中，第一行680可以在竖直方向354上位于第二行690上方。在一些实施例中，第一行680可以在竖直方向354上位于第二行690下方。在一些实施例中，如图6A和6B所示，周边结构660可以包括图17所示的结构。
在一些实施例中，如本文所述的三维网格的全部或一部分可以用彩色涂层涂覆。在一些实施例中，彩色涂层可以是配置为突出(accentuate)三维网格周边结构的全部或一部分的内部彩色涂层。在一些实施例中，彩色涂层可以直接涂覆在限定三维网格的单元格的支柱和节点的表面上。在一些实施方案中，彩色涂层可以是粉末涂层。在一些实施例中，彩色涂层可以是涂料涂层。
图15和16示出了根据一些实施例的彩色涂覆的中底1500。中底1500包括具有前足端1502、鞋跟端1504、内侧1506和外侧1508的三维网格1520。三维网格1520包括多个互连的单元格1522，其中多个支柱1530连接在限定单元格1522的三维形状的节点1540处。多个互连的单元格1522限定三维网格1520的周边侧壁1510的至少一部分。在一些实施例中，限定前足端1502、鞋跟端1504、内侧1506和外侧1508的周边的单元格1522限定三维网格1520的周边侧壁1510。
三维网格1520包括涂覆在三维网格1520的一部分上的彩色涂层1550。彩色涂层1550未涂在三维网格1520的周边侧壁1510的至少一部分上。在一些实施例中，彩色涂层1550未涂在三维网格1520的周边侧壁1510的任何部分上。通过不在周边侧壁1510的至少一部分上涂覆彩色涂层1550，周边侧壁1510的周边结构可以通过周边侧壁1510和涂覆有彩色涂层1550的三维网格1520的内部部分之间的色彩对比来突出。在一些实施例中，周边侧壁1510的周边结构可以包括图17-26中所示的一个或多个结构。
在一些实施例中，限定三维网格1520的周边侧壁1510的单元格1522的一个或多个周边列可以不被涂覆彩色涂层1550以突出周边侧壁1510的周边列。图16是单元格1522的横向堆叠1560的示意图。横向堆叠1560可从三维网1520的内侧1506延伸到外侧1508。横向堆叠1560包括限定三维网格1520的周边侧壁1510的至少一部分的单元格1522的外列1570和设置在外列1570内部的单元格1522的一个或多个内列1580。在一些实施例中，彩色涂层1550可以涂覆在单元格1522的一个或多个内列1580的至少一部分上，并且不涂覆在单元格1522的外列1570上。
在一些实施例中，限定三维网格1520的多个互连的单元格1522可具有第一色彩，并且彩色涂层1550具有不同于第一色彩的第二色彩。彩色涂层1550和三维网格1520的色彩可以由三坐标色彩空间，例如CIELab空间来表征。在该系统中，各色彩由明度值(L*)、色度值(a*)、和色调值(b*)表征。通过使用分光光度计，可以测量这三个值并可以表征色彩的差异。CIELab色彩可使用ISO/CIE 11664-4:2019(“比色法-第4部分：CIE 1976L*a*b色彩空间”)测量。被描述为不同于第二色彩的第一色彩具有比第二色彩的明度值、色度值和色调值高至少10％或低至少10％的一个或多个明度值、色度值或色调值。在一些实施例中，第一色彩可具有比第二色彩的明度值高至少10％或低至少10％的明度值。在一些实施例中，第一色彩可具有比第二色彩的色度值高至少10％或低至少10％的色度值。在一些实施例中，第一色彩可具有比第二色彩的色调值高至少约10％或低至少约10％的色调值。
在一些实施例中，第一色彩可选自以下组成的组：红色、深红色、栗色、洋红色、粉红色、橙色、黄色、金黄色、黄绿色、绿色、蓝色、海军蓝、海蓝色、蓝绿色、靛蓝、紫罗兰色、紫色、棕色、黑色、灰色、白色、米色、银色或灰褐色。在一些实施例中，第二色彩可以选自以下组成的组：红色、深红色、栗色、洋红色、粉红色、橙色、黄色、金黄色、黄绿色、绿色、蓝色、海军蓝、海蓝色、蓝绿色、靛蓝、紫罗兰色、紫色、棕色、黑色、灰色、白色、米色、银色或灰褐色。
在一些实施例中，彩色涂层1550不填充限定三维网格1520的单元格1522的多个支柱1530之间的空间1532。在一些实施例中，彩色涂层1550不在未在节点1540处彼此连接的单个支柱1530之间延伸。在这样的实施例中，彩色涂层1550可以提供期望的美学益处，而不掩盖限定三维网格1520的单元格1522的三维形状。
当本文中引用了包括上限值和下限值的数值范围时，除非在具体情况下另有说明，否则该范围旨在包括其端点，以及该范围内的所有整数和分数。当限定范围时，本公开或权利要求不旨在限于所引用的具体值。此外，当数量、浓度或其它值或参数以范围、一个或多个范围或以上限值和下限值的列表给出时，这应理解为具体公开了由任何范围上限或值和任何范围下限或值的任何一对形成的所有范围，而不管这样的对是否单独公开。最后，当术语“约”用于描述范围的值或端点时，本公开应当理解为包括所提及的具体值或端点。无论数值或范围的端点是否叙述“约”，数值或范围的端点旨在包括两个实施例：一个被“约”修饰，一个未被“约”修饰。
如本文所用，术语“约”是指在所述值的±10％内的值。例如，约10％可包括9％和11％之间的任何百分比。
应当理解，详细描述部分而非发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述发明人所设想的本发明的一个或多个而不是所有示例性实施例，因此，不是要以任何方式限制本发明和所附权利要求。
上述具体实施例的描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以致其他人可以通过应用本领域技术人员的知识，在不偏离本发明的一般概念的情况下，容易地修改和/或调整这些具体实施例以用于各种应用，而无需过度的实验。因此，基于本文所呈现的教导和指导，此类适应和修改旨在处于所公开的实施例的等效物的含义和范围内。应当理解，本文的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措辞由技术人员根据教导和指导来解释。
本发明的广度和范围不应被任何上述示例性实施例所限制，而应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。

Claims (20)

1.一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包含：
三维网格，包含：
多个互连的单元格，每个互连的单元格包含多个限定三维形状的支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点，
其中每个单元格包含软子单元和硬子单元。
2.根据权利要求1所述的鞋底，其中每个单元格包含多个软子单元和多个硬子单元。
3.根据权利要求1所述的鞋底，其中每个单元格包含：
多个软子单元和多个硬子单元，
上-前象限，其包含所述多个软子单元中的至少一个，
上-后象限，其包含所述多个硬子单元中的至少一个，
下-前象限，其包含所述多个硬子单元中的至少一个，以及
下-后象限，其包含所述多个软子单元中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的鞋底，其中：
所述上-前象限包含所述软子单元中的两个，
所述上-后象限包含所述硬子单元中的两个，
所述下-前象限包含所述硬子单元中的两个，以及
所述下-后象限包含所述软子单元中的两个。
5.根据权利要求1所述的鞋底，其中每个单元格包含八个子单元。
6.根据权利要求5所述的鞋底，其中所述八个子单元包含四个软子单元和四个硬子单元。
7.根据权利要求5所述的鞋底，其中所述八个子单元包含多个软子单元和多个硬子单元。
8.根据权利要求7所述的鞋底，其中所述八个子单元包含：
上-前-内侧软子单元，
上-前-外侧软子单元，
上-后-内侧硬子单元，
上-后-外侧硬子单元，
下-前-内侧硬子单元，
下-前-外侧硬子单元，
下-后-内侧软子单元，以及
下-后-外侧软子单元。
9.根据权利要求1所述的鞋底，其中所述软子单元包含用于第一点阵结构的子单元，并且其中所述硬子单元包含用于不同于所述第一点阵结构的第二点阵结构的子单元。
10.根据权利要求9所述的鞋底，其中所述第一点阵结构包含第一模型化压缩模量，并且所述第二点阵结构包含比所述第一模型化压缩模量大15％或更多的第二模型化压缩模量。
11.根据权利要求9所述的鞋底，其中所述第一点阵结构包含第一模型化剪切模量，并且所述第二点阵结构包含比所述第一模型化剪切模量大15％或更多的第二模型化剪切模量。
12.根据权利要求9所述的鞋底，其中所述第一点阵结构是各向同性点阵结构，并且所述第二点阵结构是各向同性点阵结构。
13.根据权利要求1所述的鞋底，其中所述三维网格包含：
在向前方向上测量的点阵剪切模量，以及
在向后方向上测量的点阵剪切模量，其大于所述在向前方向上测量的点阵剪切模量。
14.根据权利要求13所述的鞋底，其中所述在向后方向上测量的点阵剪切模量比所述在向前方向上测量的点阵剪切模量大10％或更多。
15.一种用于鞋类制品的鞋底，所述鞋底包含：
三维网格，包含：
多个互连的单元格，每个互连的单元格包含多个限定三维形状的支柱和一个或多个支柱在其处连接的多个节点；以及
机械各向异性区域，包含：在向前方向上测量的第一点阵剪切模量，以及在与所述向前方向相反的向后方向上测量的且大于所述第一点阵剪切模量的第二点阵剪切模量。
16.根据权利要求15所述的鞋底，其中所述第二点阵剪切模量比所述第一点阵剪切模量大10％或更多。
17.根据权利要求15所述的鞋底，其中：
所述机械各向异性区域还包含在与所述向前方向正交的横向方向上测量的第三点阵剪模量，
所述第一点阵剪切模量小于所述第三点阵剪切模量，以及
所述第二点阵剪切模量大于所述第三点阵剪切模量。
18.根据权利要求15所述的鞋底，其中所述机械各向异性区域包含范围从10N/mm至25N/mm的点阵压缩模量。
19.根据权利要求15所述的鞋底，其中所述机械各向异性区域包含在所述向前方向上的范围从3.5mm至10mm的点阵位移。
20.根据权利要求15所述的鞋底，其中所述机械各向异性区域倾向于在竖直载荷下向前变形。
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