[发明专利]三角星蜂窝系统参数化3D打印足底压力分布鞋底

说明书

本发明具体涉及一种三角星蜂窝系统参数化3D打印足底压力分布鞋底，其制备方法主要包括步骤：扫描足部获取足底分布压力图；使用Rhino软件和Grasshopper插件参数化鞋底建模；创建三角星镂空蜂窝系统，并根据最大压力区准确定义干扰点范围，调整三角星蜂窝单胞的参数；应用TPU材料；采用FDM 3D打印机进行打印。其制备系统包括机械超材料结构系统、参数设计系统、TPU材料应用和数字制造系统。本发明快速有效地进行定制化矫正鞋底设计，通过简单地操作grasshopper中的参数指令调整出个性化鞋底，以满足极好的足底压力分布需求，解决了人体足底压力问题，缓解了不平衡足以及作用与人体的力所对人体健康造成的伤害。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及三角星蜂窝系统参数化3D打印足底压力分布鞋底。

背景技术

鞋底是鞋类组成部分，影响鞋类生物力学、动态行为等；通过材料和结构可以改善鞋子的性能，而性能优越的鞋子可以通过重新分配足部压力来提供舒适和缓冲为人体和脚部健康提供保护。近年来，晶格(lattin)结构是鞋类中底设计中最受认可的结构之一，FDM作为一种流行的3D打印方法，具有成本效益、绿色制造、适用于多种材料的特点，但是，由于精度差，无法打印无支撑的格子结构等复杂结构。

因此，需要探索一种创新的支持3D参数设计的建模方法，可以替代晶格结构鞋底，同时通过控制鞋底参数变量来适应FDM 3D打印方法和个人定制，开发3D打印参数鞋底，从而能够减轻用户或患者的足底压力。

Rhinoceros自带基于节点的可视化语言Grasshopper，通过连接内部电池组件效率的编程方法，构建遵循一组规则的程序的方法，让设计人员可以轻松更改可视化操作节点以快速执行参数化设计。参数驱动算法创建的3D模型可以基于Grasshopper(Liu,X.,et,al,2020)提供的晶胞结构生成，以控制决定其刚度的局部几何密度(晶胞)变量会对足底压力产生影响(Kuwer Bugin,et al,2020；Singhal,T.,et,al,2018)。创建了一种算法，用于精细化功能性和可定制的中底，例如具有数字制造的晶格结构(Tang,Y.,et,al,20210,Jeong,J.,et,al,2021,Tian,Y.,et,al,2019)，其中涉及扫描数据并结合其他特定的建模软件，对于没有熟练计算机辅助技术的设计师来说是一个操作挑战，同时建模过程过于复杂和耗时，无法实现快速制作个性和定制。在之前的研究中，我们已经证实了由TPU制成的3D打印三角星形多孔外底具有良好的表面压力分布(chen xiaokui,et al.2022)。

目前市面上许多防震，减压的鞋底设计基本都是应用晶格结构机械超材料原理，这是一个复杂3D几何体设计过程，设计者需要具备专业的电脑辅助设计技能，以及高精密度的3D打印技术，而这种制作的机器往往是非常昂贵的，不利于功能鞋底的普及，费时和高成本是弊端。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种三角星蜂窝系统参数化3D打印足底压力分布鞋底的制备方法和制备系统，该方法基于改进的三角星形泊松比图案鞋底设计的算法和一种先进的3D数字生产技术FDM制造，是一种可调节足底压力的3D打印矫正鞋底的生产方法，解决了人体足底压力问题，缓解不平衡足以及作用与人体的力所对人体健康造成的伤害。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种三角星蜂窝系统参数化3D打印足底压力分布鞋底的制备方法，主要包括如下步骤：

步骤一：扫描足部获取足底分布压力图；

步骤二：使用Rhino软件和Grasshopper插件参数化鞋底建模；

步骤三：创建三角星镂空蜂窝系统，并根据最大压力区准确定义干扰点范围，调整三角星蜂窝单胞的参数；

步骤四：应用TPU材料；

步骤五：采用FDM 3D打印机进行打印。