CN117530518A - 一种晶格分区减震鞋 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶格分区减震鞋，包括中底、鞋面及稳定带，中底采用3D打印的方式成型，分为前掌区域、足弓区域、足弓支撑区域及后跟区域；各区域是以应力集中点的单胞为圆心，单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；各区域之间的衔接处的各单胞杆径相等。上述晶格分区减震鞋根据不同区域形成不同的应力集中点，各单胞杆径以应力集中点为圆心，在平面方向上向外梯度变小，分区之间的衔接处以相等的单胞杆径为过渡变化，以形成具有轻量化、透气、稳定等性质的中底，根据不同的区域结构可实现不同应力支撑，以提高中底的减震效果。
Description
技术领域
本发明涉及减震鞋技术领域，具体涉及一种晶格分区减震鞋。
背景技术
减震鞋是功能鞋的一种，主要是指具有吸收脚部冲击力，进而保护足部的鞋子。鞋的减震是指在鞋底设计过程中加入减震技术，使鞋底具有一定的缓冲效果，以减少运动时鞋底与地面之间的撞击力，保护脚部关节。减震技术主要集中在鞋底的材料和结构上，常见的材料有橡胶、泡沫、凝胶等。鞋底结构也有各种设计，如大底式、蜂窝型、点阵式等，通过不同的结构和材料组成来实现减震效果。减震鞋不仅适合运动时穿着，也适合日常生活中的穿着。在工作和散步中，穿着减震鞋可以减少脚底的疲劳感和酸痛感，保持舒适健康的状态。同时，鞋减震也是越来越多运动品牌关注的技术，因为它可以为运动者提供更好的运动体验。
现今3D打印多孔材料鞋子颇受关注，此鞋相较于其它定制鞋，降低了成本与缩短了制作周期。目前3D打印的多孔材料鞋子主要功能为透气及减震，然而随着经济社会的发展以及人们对健康的重视逐年提升，对运动鞋的需求变得繁多而精细化，如何适应人体的差异以及新的要求。
大多数鞋中底采用多孔结构3D打印制成，多孔材料适应性强，多孔结构种类繁多，可提供优良的物理性质，如在现有技术中公开了一种3D打印鞋底的设计方法，其通过由第一晶格区构成的第一区域及由第二晶格区构成的第二区域，通过晶格的参数化设计在里侧部位的不同区域形成不同功能，其每个晶格区域采用相同直径的单胞杆径所形成，但是，由于不同区域的受力不同，若采用相同直径的单胞杆径，易导致鞋底仍然较重，应力集中点位置难以确认，稳定性较差，影响最终的减震效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种晶格分区减震鞋，解决上述传统的问题，其具有轻量化、透气、稳定等性质，根据不同的区域结构可实现不同应力支撑，以提高中底的减震效果。
本发明采用如下技术方案实现：
一种晶格分区减震鞋，包括中底、鞋面及稳定带，所述中底采用3D打印的方式成型而成，所述中底分为前掌区域、足弓区域、足弓支撑区域及后跟区域；
所述前掌区域是由多个第一单胞组成的第一晶格区构成，所述第一晶格区是以第一应力集中点的第一单胞为圆心，各第一单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述足弓区域、足弓支撑区域均是由多个第二单胞组成的第二晶格区构成，所述第二晶格区是以第二应力集中点的第二单胞为圆心，各第二单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述后跟区域是由多个第三单胞组成的第三晶格区构成，所述第三晶格区是以第三应力集中点的第三单胞为圆心，各第三单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述前掌区域与所述足弓区域之间的衔接处是由多个第一单胞与多个第二单胞连接所形成的第四晶格区，所述第四晶格区的各单胞杆径相等；所述后跟区域与所述足弓区域之间的衔接处是由多个第三单胞与多个第二单胞连接所形成的第五晶格区，所述第五晶格区的各单胞杆径相等。
优选地，所述第一晶格区的梯度变化的半径为r1，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为R1，离圆心r1距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至R2，超过圆心r1距离的其他第一单胞的杆径均为R2。
优选地，所述第一单胞选用面心立方体晶格，所述第一晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为2mm，离圆心4cm距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第一单胞的杆径均为0.5mm。
优选地，所示第二晶格区的梯度变化的半径为r2，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为R3，离圆心r2距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至R4，超过圆心r2距离的其他第二单胞的杆径均为R4。
优选地，所述第二单胞选用萤石体晶格，第二晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为1.5mm，离圆心4cm距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第二单胞的杆径均为0.5mm。
优选地，所述第三晶格区的梯度变化的半径为r3，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为R5，离圆心r3距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至R6，超过圆心r3距离的其他第三单胞的杆径均为R6。
优选地，所述第三单胞选用面心立方体晶格，所述第三晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为2mm，离圆心4cm距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第三单胞的杆径均为0.5mm。
优选地，所述第三应力集中点与所述第一应力集中点之间具有8-10mm的高度差。
优选地，所述前掌区域的相对两侧水平向外延伸有防护晶格区，所述防护晶格区呈月牙型结构。
优选地，所述中底通过SLS打印的方法制作而成，SLS打印操作如下：使用3D打印模型处理软件，对中底的三维模型进行切片处理，将其分割为一系列二维平面；设置适用于TPU粉末的打印参数，其中，激光功率为20W，激光扫描速度为250mm/s，激光图案填充间距为0.1mm，粉末沉积厚度为0.15mm；启动打印，根据打印模型进行打印。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的晶格分区减震鞋根据不同区域形成不同的应力集中点，各单胞杆径以应力集中点为圆心，在平面方向上向外梯度变小，分区之间的衔接处以相等的单胞杆径为过渡变化，以形成具有轻量化、透气、稳定等性质的中底，根据不同的区域结构可实现不同应力支撑，以提高中底的减震效果。
2、本发明的晶格分区减震鞋可针对使用者差异及使用用途，设计高度落差、应力支撑点、足弓支撑力及支撑形状、抗扭区域分布及抗变形程度、抗侧翻延伸；单胞杆径随应力分布梯度变化，与此同时需保持不同单胞结构或不同分区的过渡衔接，使其可进行一体化打印。
附图说明
图1为本发明的晶格分区减震鞋的立体结构示意图；
图2为图1所示的中底的结构示意图；
图3为本实施例的第一单胞的结构示意图；
图4为图2所示的前掌区域中以第一应力集中点为圆心的第一单胞的结构分布示意图；
图5为图2所示的中底的各对应的应力集中点的横向分布示意图；
图6为图2所示的中底的各对应的应力集中点的纵向分布示意图；
图7为本实施例的第二单胞的结构示意图；
图8为本实施例的第一单胞与第二单胞的衔接示意图；
图9为图2所示的第一应力集中点与第三应力集中点之间的落差示意图；
图10为图2所示的防护晶格区的结构示意图；
图11为图2所示的中底的第四晶格区、第五晶格区的结构示意图。
图中：10、中底；11、前掌区域；110、第一应力集中点；111、第一中心点；112、第一支撑条；12、足弓区域；13、足弓支撑区域；130、第二应力集中点；131、第二中心点；132、第一连接点；133、第二连接点；134、第二支撑条；135、第三支撑条；14、后跟区域；140、第三应力集中点；15、防护晶格区；16、第四晶格区；17、第五晶格区；20、鞋面；30、稳定带。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
请参阅图1至图11，为本发明一较佳实施例的晶格分区减震鞋，包括中底10、鞋面20及稳定带30，其中，中底10采用3D打印的方式成型而成，中底10的具体结构如下：
中底10根据人体的脚底结构，分为前掌区域11、足弓区域12、足弓支撑区域13及后跟区域14，前掌区域11对应脚底的前掌部位，足弓区域12对应脚底的足弓部位，足弓支撑区域13对应脚底的足弓支撑部位，后跟区域14对应脚底的后跟部位。
其中，前掌区域11是由多个第一单胞组成的第一晶格区构成，前掌区域11设有第一应力集中点110；第一晶格区是以第一应力集中点110的第一单胞为圆心，各第一单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小(即离圆心越远的其他第一单胞的杆径随设定值逐渐减少)，而各第一单胞的外轮廓尺寸不变，以网格的排列方式相连以形成该前掌区域11。可理解的，第一单胞的杆径是以单胞晶格结构线为轴形成的圆柱杆的直径，而在平面方向上向外梯度变小可理解为单胞的杆径离圆心越近的单胞杆径越粗，离圆心越远的单胞杆径越细。
在其中一实施例中，第一晶格区的梯度变化的半径为r1，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为R1(设置最粗)，离圆心r1距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至R2(设置最细，即R2小于R1)，超过圆心r1距离的其他第一单胞的杆径均为R2。该梯度变化的半径、单胞的杆径均根据具体的晶格区的多孔结构而定。可选地，r1为R1的18-22倍，如18倍、18.5倍、19倍、19.5倍、20倍、20.5倍、21倍、21.5倍、22倍，R1为R2的3-6倍，如3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、5.5倍、6倍。上述的设计，离这个点位的最近的单胞，其杆径最大，能承载的应力更大，因此形成了应力集中点。
在本实施例中，如图3和图4所示，第一晶格区的第一单胞选用面心立方体晶格(即Face centered cubic晶格)，第一晶格区的梯度变化的半径为但不限于4cm，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为但不限于2mm(设置最粗)，离圆心4cm距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm(设置最细)，超过4cm距离的其他第一单胞的杆径均为0.5mm。以上的参数可以根据具体的中底10大小/长度而进行设定，在此不再赘述。
可选地，面心立方体晶格包括第一中心点111及围绕第一中心点111设置的多根第一支撑条112，各第一支撑条112以第一中心点111为轴对称，在本实施例中，第一支撑条112的数量为12条。
足弓区域12、足弓支撑区域13均是由多个第二单胞组成的第二晶格区构成，足弓支撑区域13设有第二应力集中点130；第二晶格区是以第二应力集中点130的第二单胞为圆心，各第二单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小(即离圆心越远的其他第二单胞的杆径随设定值逐渐减少)，而各第二单胞的外轮廓尺寸不变，以网格的排列方式相连以形成该足弓区域12、足弓支撑区域13。可理解的，足弓支撑区域13设置在足弓区域12上，而足弓支撑区域13的第二单胞是从足弓区域12的第二单胞上纵向搭建而成，在纵截面上，足弓支撑区域13大致呈椭圆状结构，填充于脚部的足弓。
在其中一实施例中，第二晶格区的梯度变化的半径为r2，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为R3(设置最粗)，离圆心r2距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至R4(设置最细，即R4小于R3)，超过圆心r2距离的其他第二单胞的杆径均为R4。该梯度变化的半径、单胞的杆径均根据具体的晶格区的多孔结构而定。可选地，r2为R3的25-29倍，如25倍、25.5倍、26倍、26.5倍、27倍、27.5倍、28倍、28.5倍、29倍，R3为R4的2-5倍，如2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍。
在本实施例中，如图5-图7所示，第二晶格区的第二单胞选用萤石体晶格(即Flourite晶格)，第二晶格区的梯度变化的半径为但不限于4cm，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为但不限于1.5mm(设置最粗)，离圆心4cm距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm(设置最细)，超过4cm距离的其他第二单胞的杆径均为0.5mm。以上的参数可以根据具体的中底10大小/长度而进行设定，在此不再赘述。
可选地，萤石体晶格包括第二中心点131、围绕第二中心点131设置的多个第一连接点132和多个第二连接点133、连接第二中心点131与第一连接点132的多根第二支撑条134以及连接相邻的第二连接点133与第一连接点132的二根第三支撑条135，第一连接点132与第二中心点131之间的距离大于第二连接点133与第二中心点131之间的距离，第一连接点132的数量为8个，第二支撑条134的数量为8根，第二连接点133的数量为12个。
后跟区域14是由多个第三单胞组成的第三晶格区构成，后跟区域14设有第三应力集中点140；第三晶格区是以第三应力集中点140的第三单胞为圆心，各第三单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小(即离圆心越远的其他第三单胞的杆径随设定值逐渐减少)，而各第三单胞的外轮廓尺寸不变，以网格的排列方式相连以形成该后跟区域14。
在其中一实施例中，第三晶格区的梯度变化的半径为r3，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为R5(设置最粗)，离圆心r3距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至R6(设置最细，即R6小于R5)，超过圆心r3距离的其他第三单胞的杆径均为R6。该梯度变化的半径、单胞的杆径均根据具体的晶格区的多孔结构而定。可选地，r3为R5的18-22倍，如18倍、18.5倍、19倍、19.5倍、20倍、20.5倍、21倍、21.5倍、22倍，R5为R6的3-6倍，如3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、5.5倍、6倍。
在本实施例中，第三晶格区的第三单胞结构与第一晶格区的第一单胞结构可以相同，也可以不同，在本实施例中，如图2所示，第三晶格区的第三单胞选用面心立方体晶格(即与第一单胞的结构相似)，第三晶格区的梯度变化的半径为但不限于4cm，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为但不限于2mm(设置最粗)，离圆心4cm距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm(设置最细)，超过4cm距离的其他第三单胞的杆径均为0.5mm。以上的参数可以根据具体的中底10大小/长度而进行设定，在此不再赘述。
如图5所示，第一应力集中点110设置在前掌区域11的大脚趾头的下端部，第二应力集中点130设置在足弓支撑区域13的顶部，第三应力集中点140设置在后跟区域14的脚后跟中部；在一个平面上，第一应力集中点110由一个或多个第一单胞组成，第二应力集中点130由一个或多个第二单胞组成，第三应力集中点140由一个或多个第三单胞组成，具体的数量根据设置而定，在本实施例中，在一个平面上，第一应力集中点110由2-6个(如2、3、4、5、6)第一单胞组成，第二应力集中点130由2-6个(如2、3、4、5、6)第二单胞组成，第三应力集中点140由2-6个(如2、3、4、5、6)第三单胞组成。
在另一些实施例中，如图8所示，面心立方体晶格与萤石体晶格为并排排列时，面心立方体晶格的单胞端点与萤石体晶格的单胞端点相连，形成较好的过渡变化，使得各单胞都以网格的方式排列，从而提高了整体中底10的稳定性。在本实施例中，当第一单胞为面心立方体晶格，第二单胞为萤石体晶格，第三单胞为面心立方体晶格时，第一晶格区的第一单胞与第二晶格区的第二单胞的衔接处的杆径相等，即R2＝R4，第三晶格区的第三单胞与第二晶格区的第二单胞的衔接处的杆径相等，即R4＝R6。可理解的，如图11所示，前掌区域11与足弓区域12之间的衔接处是由多个第一单胞(面心立方体晶格)与多个第二单胞(萤石体晶格)连接所形成的第四晶格区16，第四晶格区16的各单胞杆径相等；后跟区域14与足弓区域12之间的衔接处是由多个第三单胞(面心立方体晶格)与多个第二单胞(萤石体晶格)连接所形成的第五晶格区17，第五晶格区17的各单胞杆径相等。
在上述结构中，在中底10贴合人体足部的主要应力点形成了高强度支撑，足弓区域12设置抗扭区，足弓支撑形状及位置，贴合或矫正使用者的足弓形态。
再如图9所示，第三应力集中点140与第一应力集中点110之间具有8-10mm的高度差，目的是利于快速启动，即第三应力集中点140所在最高点的水平位置与第一应力集中点110所在最高点的水平位置之间的高度差为8-10mm，优选的，高度差为8mm。
再如图10所示，前掌区域11的相对两侧水平向外延伸有防护晶格区15，防护晶格区15大致呈月牙型结构，目的是防止侧翻，减少运动中受伤发生的概率。在本实施例中，防护晶格区15选用面心立方体晶格，防护晶格区15的单胞杆径均为但不限于0.5mm。
在本实施例中，前掌区域11的厚度、足弓区域12的厚度、足弓支撑区域13的厚度、后跟区域14的厚度根据中底10的减震要求而设定各区的晶格的层数，如2层、3层、3层、4层、5层、6层等。第一单胞、第二单胞、第三单胞中各杆的长度可根据相关设定要求，进行进一步的设定，在此不再赘述。
中底10采用高度柔韧性、回弹效果好、耐温、防水、耐腐蚀等材料，通过SLS打印的方法(选择性激光烧结工艺)制作而成，在其中一实施例中，中底10选用TPU材料，SLS打印操作如下：使用3D打印模型处理软件，对中底10的三维模型进行切片处理，将其分割为一系列二维平面；设置适用于TPU粉末的打印参数，其中，激光功率为20W，激光扫描速度为250mm/s，激光图案填充间距为0.1mm，粉末沉积厚度为0.15mm；启动打印，根据打印模型进行打印。
在本实施例中，鞋面20为但不限于编织材料，与足部形状贴合。因中底10本身具有多孔的性质，不需要开孔破坏中底10的完整性，可直接编织在中底10的孔洞上。稳定带30选用抗拉的橡胶材质，设置在后跟外侧中底10与鞋面20的连接处，提供平衡。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种晶格分区减震鞋，包括中底、鞋面及稳定带，其特征在于，所述中底采用3D打印的方式成型而成，所述中底分为前掌区域、足弓区域、足弓支撑区域及后跟区域；
所述前掌区域是由多个第一单胞组成的第一晶格区构成，所述第一晶格区是以第一应力集中点的第一单胞为圆心，各第一单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述足弓区域、足弓支撑区域均是由多个第二单胞组成的第二晶格区构成，所述第二晶格区是以第二应力集中点的第二单胞为圆心，各第二单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述后跟区域是由多个第三单胞组成的第三晶格区构成，所述第三晶格区是以第三应力集中点的第三单胞为圆心，各第三单胞的杆径在平面方向上向外梯度变小，并以网格的排列方式相连；
所述前掌区域与所述足弓区域之间的衔接处是由多个第一单胞与多个第二单胞连接所形成的第四晶格区，所述第四晶格区的各单胞杆径相等；所述后跟区域与所述足弓区域之间的衔接处是由多个第三单胞与多个第二单胞连接所形成的第五晶格区，所述第五晶格区的各单胞杆径相等。
2.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第一晶格区的梯度变化的半径为r1，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为R1，离圆心r1距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至R2，超过圆心r1距离的其他第一单胞的杆径均为R2。
3.根据权利要求2所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第一单胞选用面心立方体晶格，所述第一晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第一单胞的杆径设置为2mm，离圆心4cm距离内的其他第一单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第一单胞的杆径均为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所示第二晶格区的梯度变化的半径为r2，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为R3，离圆心r2距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至R4，超过圆心r2距离的其他第二单胞的杆径均为R4。
5.根据权利要求4所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第二单胞选用萤石体晶格，第二晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第二单胞的杆径设置为1.5mm，离圆心4cm距离内的其他第二单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第二单胞的杆径均为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第三晶格区的梯度变化的半径为r3，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为R5，离圆心r3距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至R6，超过圆心r3距离的其他第三单胞的杆径均为R6。
7.根据权利要求6所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第三单胞选用面心立方体晶格，所述第三晶格区的梯度变化的半径为4cm，离圆心最近的第三单胞的杆径设置为2mm，离圆心4cm距离内的其他第三单胞的杆径随着距离缓慢减小至0.5mm，超过4cm距离的其他第三单胞的杆径均为0.5mm。
8.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述第三应力集中点与所述第一应力集中点之间具有8-10mm的高度差。
9.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述前掌区域的相对两侧水平向外延伸有防护晶格区，所述防护晶格区呈月牙型结构。
10.根据权利要求1所述的晶格分区减震鞋，其特征在于，所述中底通过SLS打印的方法制作而成，SLS打印操作如下：使用3D打印模型处理软件，对中底的三维模型进行切片处理，将其分割为一系列二维平面；设置适用于TPU粉末的打印参数，其中，激光功率为20W，激光扫描速度为250mm/s，激光图案填充间距为0.1mm，粉末沉积厚度为0.15mm；启动打印，根据打印模型进行打印。
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