TW201817400A - 腳輔具的製造方法 - Google Patents

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Abstract

腳輔具的製造方法包括以下步驟。首先，掃描一腳的腳外觀、腳骨骼及腳肌肉，以分別獲得腳外觀數據模型、腳骨骼數據模型及腳肌肉數據模型。然後，依據腳外觀數據模型、腳骨骼數據模型與腳肌肉數據模型，合成一腳數據模型。然後，對腳數據模型進行動態分析及靜態分析。然後，依據動態分析的結果及靜態分析的結果，產生腳輔具數據模型。然後，依據腳輔具數據模型，以三維列印技術列印出一腳輔具。

Description

腳輔具的製造方法
本揭露是有關於一種腳輔具的製造方法，且特別是有關於一種以三維(3D)列印製作的腳輔具的製造方法。
為了幫助腳受傷的病患，通常需要製作腳輔具，以幫助病患加速腳的復原。在一種習知作法中，係以石膏製作腳鑄模，腳鑄模具有一模穴，模穴界定出腳的形狀。然後，再利用腳鑄模製作出一假腳，然後再用此假腳去製作腳輔具。
然而，此種方法的問題是，若腳輔具最後發現問題，通常很難改善，或改善工程曠日廢時。此外，此習知方法製作出的腳輔具只能包含單種材料，局限了腳輔具的設計彈性。
因此，亟需提出一種新的技術去改善前述問題。
因此，本揭露提出一種腳輔具的製造方法，可改善前述習知問題。
根據本揭露之一實施例，提出一種腳輔具的製造方法。製造方法包括以下步驟。掃描一腳的一腳外觀及一腳肌肉， 以分別獲得一腳外觀數據模型及一腳肌肉數據模型；依據腳外觀數據模型、腳骨骼數據模型與腳肌肉數據模型，合成一腳數據模型；對腳數據模型進行一第一動態分析及一第一靜態分析；依據第一動態分析的結果及第一靜態分析的結果，產生一腳輔具數據模型；以及，依據腳輔具數據模型，以三維列印技術列印出一腳輔具。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
10‧‧‧腳
11‧‧‧腳外觀數據模型
12‧‧‧腳骨骼數據模型
13‧‧‧腳肌肉數據模型
20‧‧‧腳數據模型
30、30’、30”、30'''、30''''‧‧‧腳輔具數據模型
31、51‧‧‧腳墊部
31s‧‧‧表面
32、52‧‧‧支撐部
33、53‧‧‧連接部
50‧‧‧腳輔具
40‧‧‧穿戴數據模型
M1‧‧‧第一材料
M2‧‧‧第二材料
S110、S120、S130、S14、S150、S160、S170、S180、S190‧‧‧步驟
第1圖繪示依照本揭露一實施例之腳輔具的製造方法流程圖。
第2圖繪示依照本揭露一實施例之獲得腳數據模型的過程圖。
第3圖繪示依照本揭露一實施例之腳輔具數據模型的示意圖。
第4圖繪示第3圖之輕量化之腳輔具數據模型的示意圖。
第5圖繪示第3圖之表面處理化之腳輔具數據模型示意圖。
第6圖繪示第3圖之材料化之腳輔具數據模型的示意圖。
第7圖繪示依照本揭露一實施例之穿戴數據模型的示意圖。
第8圖繪示依照本揭露一實施例之列印出的腳輔具的示意圖。
請參照第1圖，其繪示依照本揭露一實施例之腳輔具的製造方法流程圖。
在步驟S110中，請同時參照第2圖，其繪示依照本揭露一實施例之獲得腳數據模型20的過程圖。使用三維影像掃描器掃描病患的腳10的腳外觀、腳骨骼及腳肌肉，以分別獲得腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13。三維影像掃描器可包含外觀攝像器及X光攝像器，其中外觀攝像器可擷取腳外觀數據模型11的影像，而X光攝像器可擷取腳骨骼數據模型12的影像及腳肌肉數據模型13的影像。然，本揭露實施例並不限定三維影像掃描器的種類，只要是可以掃描腳10的腳外觀、腳骨骼及腳肌肉即可做為本揭露實施例的三維影像掃描器。此外，腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13可包含重量資訊，以提供後續的分析用。重量資訊可由手動輸入，或由處理器依據腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13的體積計算。在另一實施例中，亦可省略掃描腳骨骼數據模型12之步驟。
在一實施例中，腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13可以顯示在一顯示螢幕(未繪示)，讓操作者可以觀察腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13。後續步驟產生的數據模型都可以顯示在顯示螢幕上。
腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12及腳肌肉數據模型13各包括電腦輔助設計(Computer Aided Design,CAD)模型及有線元素分析(Finite Element Method,FEM)模型。電腦輔助設計模型可用於後續製造實體產品用，而有線元素分析模型可用於後續的靜態分析及動態分析。
在步驟S120中，如第2圖所示，一處理器(未繪示)依據腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12與腳肌肉數據模型13，合成一腳數據模型20。本文的處理器例如是電腦、伺服器的內建中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)或其它以半導體製程形成的相關電路。
在步驟S130中，處理器對腳數據模型20進行第一動態分析及第一靜態分析。第一靜態分析例如是靜力分析。例如，分析腳數據模型20在靜止不動時，如腳數據模型20橫躺或站立時各部位的受力情況。第一動態分析例如是步態分析。例如，腳數據模型20可模擬走動或跑步時各部位的受力情況。
在另一實施例中，也可以針對腳外觀數據模型11、腳骨骼數據模型12與腳肌肉數據模型13個別的電腦輔助設計模型及有線元素分析模型進行第一動態分析及第一靜態分析。
在步驟S140中，如第3圖所示，其繪示依照本揭露一實施例之腳輔具數據模型30的示意圖。處理器依據第一動態分析的結果及第一靜態分析的結果，產生一腳輔具數據模型30。腳輔具數據模型30包括腳墊部31、支撐部32及連接部33，其 中連接部33連接腳墊部31與支撐部32。為了符合腳10的外觀，處理器將支撐部32設計成環形，讓腳10可以穿過支撐部32，而穩固穿戴穩定性。
在步驟S150中，處理器調整腳輔具數據模型30的參數。調整的參數可包含例如是重量、表面粗糙度、材料或其它可提升穿戴舒適性及/或治療品質的參數。
在一種調整方式中，如第4圖所示，其繪示第3圖之輕量化之腳輔具數據模型30’的示意圖。處理器可以減輕腳輔具數據模型30的重量，以獲得輕量化之腳輔具數據模型30’。例如，可刪減腳輔具數據模型30’中厚度較厚處，如腳墊部31的局部厚度。然輕量化的部位不限於腳墊部31，也可以是其它部位。此外，也可以是將腳輔具數據模型30’的尖銳處或轉角處圓角化，這樣有可以減輕腳輔具數據模型30’的重量，且可以避免尖銳處或轉角處造成穿戴上的不適。
在另一種調整方式中，如第5圖所示，其繪示第3圖之表面處理化之腳輔具數據模型30”示意圖。處理器可以對腳輔具數據模型30的表面進行表面處理，以獲得表面處理化之腳輔具數據模型30”。例如，可光滑化腳輔具數據模型30的腳墊部31之接觸腳底的表面31s，使後續製作的腳輔具提供一舒適的穿戴感。
在其它種調整方式中，如第6圖所示，其繪示第3圖之材料化之腳輔具數據模型30'''的示意圖。處理器可以不同的 數種材料填入腳輔具數據模型30，以獲得材料化之腳輔具數據模型30'''。例如，可以第一材料M1填入腳輔具數據模型30的腳墊部31的前端部位，而以第二材料M2填入腳輔具數據模型30的腳墊部31的後端部位，其中前端部位及後端部位相較於腳輔具數據模型30的其它部位受力較大。第一材料M1及第二材料M2例如是聚氯乙烯(PVC)、黏彈性材料或其它適合腳10穿戴的材料等。
處理器可依據第一動態分析的結果及第一靜態分析的結果，決定第一材料M1及第二材料M2。若腳墊部31的前端部位的受力較輕，則第一材料M1可選用質軟材料；若腳墊部31的後端部位的受力較重，則第二材料M2可選用質硬材料。另外，處理器可將腳輔具數據模型30的腳墊部31的其它部位填入橡膠。此外，支撐部32及連接部33可以填入金屬、聚合物等材料。
雖然前數實施例的調整方式係以三種為例說明，然本揭露實施例不受此限。前述的調整過程為一最佳化的過程，其最佳化的目標例如是讓腳輔具數據模型30提供足夠的穿戴強度下，腳輔具數據模型30的重量最輕及/或最符合人體工學，然本揭露實施例不限於此。
在步驟S160中，如第7圖所示，其繪示依照本揭露一實施例之穿戴數據模型40的示意圖。處理器結合調整後之腳輔具數據模型30''''與腳數據模型20，以組成一穿戴數據模型40。本揭露實施例的腳輔具數據模型30''''係以結合第4圖之腳輔 具數據模型30’、第5圖之腳輔具數據模型30”與第6圖之腳輔具數據模型30'''為例說明。
在步驟S170中，處理器對穿戴數據模型40進行第二動態分析及第二靜態分析。由於尚未製作實體的腳輔具，因此即使第二動態分析的結果及第二靜態分析的結果不合格，仍可回到前步驟S150讓處理器再次進行分析，直到合格為止。如此，可節省或避免實體腳輔具的製作成本及修改成本。
在步驟S180中，處理器判斷第二動態分析的結果及第二靜態分析的結果是否合格。若是，進入步驟S190；若否，回到前步驟S150，重新調整或微調腳輔具數據模型30的參數。
在步驟S190中，如第8圖所示，其繪示依照本揭露一實施例之列印出的腳輔具50的示意圖。若第二動態分析的結果及第二靜態分析的結果係合格，則依據腳輔具數據模型30''''，以三維列印技術，列印出腳輔具50。
綜上可知，在實際列印腳輔具50前係由處理器對腳輔具數據模型30及穿戴數據模型40進行反復模擬及分析，直待處理器驗證合格後，方列印出實體的腳輔具50。如此，可減少修改腳輔具50的次數及成本。此外，相較於習知的人工製作，由於處理器的運算速度快，因此本揭露實施例之腳輔具的製造方法的製作時間相對較快。再者，由於本揭露實施例的腳輔具的製造方法具有設計、製造快速且設計彈性度高的優點，因此可針對各種不同病患的腳進行客製化腳輔具生產。
如第8圖所示，腳輔具50包括腳墊部51、支撐部52及連接部53，其中連接部53連接腳墊部51與支撐部53。腳墊部51、支撐部52及連接部53的尺寸、重量及表面粗糙度分別類似前述由處理器驗證合格的腳輔具數據模型30''''的腳墊部31、支撐部32及連接部33。此外，相較於習知方法製作出的腳輔具，由於本揭露實施例係採用三維列印，因此可以不同數種材料列印出腳輔具50，讓腳輔具50成為一具有複合材料的輔具。
綜上，本揭露實施例的腳輔具的製造方法係以三維列印方式製作出實體的腳輔具，因此可獲得一具有複合材料的腳輔具。在一實施例中，在列印出實體的腳輔具前，可對病患的腳進行三維掃描，並對掃描獲得的腳數據模型進行靜態分析及動態分析，以產生一腳輔具數據模型。在另一實施例中，在列印出實體的腳輔具前，可調整腳輔具數據模型的參數，然後對組合後之腳輔具數據模型與腳數據模型進行靜態分析及動態分析，以最佳化腳輔具數據模型。
綜上所述，雖然本揭露已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (7)

  1. 一種腳輔具的製造方法，包括：掃描一腳的一腳外觀及一腳肌肉，以分別獲得一腳外觀數據模型及一腳肌肉數據模型；依據該腳外觀數據模型、該腳骨骼數據模型與該腳肌肉數據模型，合成一腳數據模型；對該腳數據模型進行一第一動態分析及一第一靜態分析；依據該第一動態分析的結果及該第一靜態分析的結果，產生一腳輔具數據模型；以及依據該腳輔具數據模型，以三維列印技術列印出一腳輔具。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，其中於掃描該腳的該腳外觀及該腳肌肉之步驟更包括：掃描該腳的一腳骨骼，以獲得一腳骨骼數據模型；以及於依據該腳外觀數據模型、該腳骨骼數據模型與該腳肌肉數據模型合成該腳數據模型之步驟更包括：依據該腳外觀數據模型、該腳骨骼數據模型與該腳肌肉數據模型，合成該腳數據模型。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，更包括：結合調整後之該腳輔具數據模型與該腳數據模型，以組成一 穿戴數據模型；對該穿戴數據模型進行一第二動態分析及一第二靜態分析；判斷該第二動態分析的結果及該第二靜態分析的結果是否合格；以及若該第二動態分析的結果及該第二靜態分析的結果係合格，執行列印出該腳輔具之步驟。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，更包括：輕量化該腳輔具數據模型。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，更包括：表面處理化該腳輔具數據模型。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，更包括：以不同的數種材料填入該腳輔具數據模型。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之足部輔具的製造方法，更包括：以不同的數種材料列印出該腳輔具。
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