一种3D打印矫形鞋垫的制作方法

本实用新型涉及康复辅具技术领域，尤其涉及一种3D打印矫形鞋垫。

背景技术：

当人在站立、行走和负重时，双脚的足弓常处于悬空状态，以达到缓冲震荡和保护内脏的作用，但是如果形成足弓的结构发育不良或是由于各种损伤或退变，导致足弓消失，形成扁平足后，则会出现走路时脚部酸、麻、胀、痛的现象，久而久之，则形成脚垫、鸡眼、跟骨刺、骨质增生、跛行等症状，有这类疾患的人平时会在鞋内垫入鞋垫，以提高足部的舒适度。相对于现有的平板形鞋垫，矫形鞋垫能够更好的保护人体的足部。

矫形鞋垫是一种可以改变地面来适应穿着者的足部形状的产品，由于其能够根据人体的足部形状与其贴合，矫形鞋垫能够一定程度上满足患有下肢生物力学异常或由这些异常引起的足部机械问题的人的需求。但如果生产出形状统一的矫形鞋垫，由于每个人的足部形状都不一样，这将大大降低矫形鞋垫的作用，因此，3D打印矫形鞋垫因为出色的个性化定制优势，逐渐成为矫形鞋垫的发展趋势。

目前市场上能见到的3D打印矫形鞋垫多为一种实体结构或单一多孔状结构，其与传统用EVA(乙烯/醋酸乙烯酯共聚物，也称为乙烯-乙酸乙烯共聚物)制作的矫形鞋垫相比，在病灶部位受力的分布并无明显的改变和优势。造成这种受力不均匀的原因是由于现有的3D打印矫形鞋垫采用单一多孔网状结构，导致其单位面积上承受的压力是一致的，因此，其对病灶周边的压力不能充分分解，容易使常用病人(如糖尿病足)病灶周围压力分配不合理，严重情况下，可能引起其他足底部位组织的血运障碍。除此之外，采用单一多孔网状结构的3D打印矫形鞋垫还具有结构单一、强度差以及耐用性差的缺点。另外，采用一种实体结构的3D打印矫形鞋垫还具有透气性差、结构单一以及重量大的缺点。因此，针对现有技术中的3D打印均采用单一多孔网状结构或者一种实体结构导致的上述问题，需要提供一种舒适性强、重量轻并且更耐用的3D打印矫形鞋垫。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种3D打印矫形鞋垫，针对脚掌足底的不同部位采用不同的立体网状结构，使受力更加均衡。

为实现上述目的，本实用新型的一种3D打印矫形鞋垫，包括用于对脚掌进行足部治疗的底层，底层包括用于支撑所述脚掌的足弓的足弓区，底层除足弓区以外的区域按照脚掌的长度方向由脚掌的脚趾部位到后跟部位依次分为脚趾区、脚掌前区、脚掌中区和后跟区，足弓区、脚趾区、脚掌前区、脚掌中区和后跟区为一体结构；其中，

足弓区设有第一立体网状结构构成，脚趾区设有第二立体网状结构构成，脚掌前区设有第三立体网状结构构成，脚掌中区设有第四立体网状结构构成，后跟区设有第五立体网状结构构成，第一立体网状结构、第二立体网状结构、第三立体网状结构、第四立体网状结构和第五立体网状结构分别为不同的立体网状结构。

进一步地，第一立体网状结构包括沿足弓弧度方向均匀排布的多列第一开孔；第一开孔在第一立体网状结构中的开孔率为40％。

进一步地，第二立体网状结构由多个第二框架相互连接构成，第二立体网状结构上设有多个第二开孔，第二开孔在第二立体网状结构中的开孔率为60％。

进一步地，第三立体网状结构由多个第三框架相互连接构成，第三立体网状结构上设有多个第三开孔，第三开孔在第三立体网状结构中的开孔率为50％。

进一步地，第四立体网状结构由多个第四框架相互连接构成，第四立体网状结构上设有多个第四开孔，第四开孔在第四立体网状结构中的开孔率为50％。

进一步地，第五立体网状结构由多个第五框架相互连接构成，第五立体网状结构上设有多个第五开孔，第五开孔在第五立体网状结构中的开孔率为50％。

进一步地，底层由高分子热塑性聚氨酯弹性体粉末材料经3D打印技术一体打印制成。

进一步地，底层的最大厚度为8-12mm，最小厚度为2mm。

进一步地，还包括用于脚掌踩踏的表层，表层覆盖于底层的上表面。

进一步地，表层的材料为乙烯-乙酸乙烯共聚物，表层的厚度为1-2mm。

本实用新型的3D打印矫形鞋垫，其用于对脚掌进行足部治疗的底层包括分别针对脚掌不同部位的足弓区、脚趾区、脚掌前区、脚掌中区和后跟区，五个区域用工业级3D打印机一体式打印而形成一体结构，并且五个区域针对脚掌不同部位的受力情况以及治疗需求的不同，对应涉及不同的立体网状结构，从而针对脚掌不同部位形成设计成不同的受理点，使受力更加均匀，更加合理，从而降低脚掌的足底疾病的患者在穿着矫形鞋垫时，因局部受力不均衡而产生的其他副作用。

附图说明

图1为本实用新型3D打印矫形鞋垫的结构示意图；

图2为本实用新型3D打印矫形鞋垫的底层的结构示意图；

图3为图2所述的底层的第一立体网状结构的结构示意图；

图4为图2所述的底层的第二立体网状结构的结构示意图；

图5为图2所述的底层的第三立体网状结构的结构示意图；

图6为图2所述的底层的第四立体网状结构的结构示意图；

图7为图2所述的底层的第五立体网状结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型的一种3D打印矫形鞋垫，包括用于对脚掌进行足部治疗的底层1和用于脚掌踩踏的表层2，表层2覆盖于底层1的上表面。其中，底层1的材料为具有较高韧性的高分子热塑性聚氨酯弹性体粉末材料，表层2的材料为乙烯-乙酸乙烯共聚物(也称乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)。

如图2所示，底层1包括用于支撑所述脚掌的足弓的足弓区11，底层1除足弓区11以外的区域按照脚掌的长度方向由脚掌的脚趾部位到后跟部位依次分为脚趾区12、脚掌前区13、脚掌中区14和后跟区15。其中，足弓区11、脚趾区12、脚掌前区13、脚掌中区14和后跟区15用工业级3D打印机一体式打印而形成一体结构，方便生产，并且能够防止五个区域相互脱离。

足弓区11设有第一立体网状结构构成，脚趾区12设有第二立体网状结构构成，脚掌前区13设有第三立体网状结构构成，脚掌中区14设有第四立体网状结构构成，后跟区15设有第五立体网状结构构成。其中，第一立体网状结构、第二立体网状结构、第三立体网状结构、第四立体网状结构和第五立体网状结构分别为不同的立体网状结构，能够针对脚掌不同部位形成设计成不同的受理点，使受力更加均匀，更加合理，从而降低脚掌的足底疾病的患者在穿着矫形鞋垫时，因局部受力不均衡而产生的其他副作用。

具体地，塑性鞋垫的足弓区11为主要的治疗与支撑区域，足弓塌陷或平足患者，需要在足弓区11(纵弓)进行一个有力的支撑，因此，本实用新型的足弓区11的第一立体网状结构，如图3所示，包括沿足弓弧度方向均匀排布的多列第一开孔111。其中，第一开孔111可以为垂直于足底的圆孔，该圆孔的直径可以为8mm，可以起到减轻重量、透气的作用。第一开孔111以外的其他结构构成了支撑的主体部分，并且使第一开孔111在第一立体网状结构中的开孔率为40％。

本实用新型的脚趾区12的第二立体网状结构，包括多个第二框架121，并且由多个第二框架121相互连接构成，如图4中所示，第二框架121为类金刚石20％相对密度结构体，每个第二框架121包括五个第二顶点和四条第二连线，将其中的一个第二顶点作为第二中心点，另外四个第二顶点位于以该第二中心点为球心的球面上，并且使位于球面上的相邻两个第二顶点之间的圆心角为120°，位于球面上的各个第二顶点与作为第二中心点的第二顶点之间设置有一条第二连线。具体地，每个第二顶点之间的间距为0.25mm，第二顶点的直径为1.2mm，多个第二框架121中每两个第二框架121的一对对应的第二顶点相互连接后形成第二立体网状结构，使第二立体网状结构具有多个第二开孔122，第二开孔122在第二立体网状结构中的开孔率为60％。因为脚趾前端受压力比较小，所以采用第二立体网状结构，可以具有良好的透气性与轻便性。

本实用新型的脚掌前区13的第三立体网状结构，包括多个第三框架131，并且由多个第三框架131相互连接构成，如图5所示，第三框架131为节点圆的体对角线结构体，其中，相邻的两个节点圆之间的间距为13mm，两个节点圆之间的连接部分的宽度为1-3mm。第三框架131相互连接后形成第二立体网状结构，使第二立体网状结构具有多个第三开孔132，第三开孔132在第三立体网状结构中的开孔率为50％。由于脚掌前区13的受力略大，且是足部行走时滚动的部位，又是足部横弓支撑的位置，故采用较为粗大且平整的结构单元，因此能够具有良好的受力变形性与韧性。另外，由于脚掌前区13在走路时要不断的弯曲，所以要有抗疲劳性。

本实用新型的脚掌中区14的第四立体网状结构，包括多个第四框架141，并且由多个第四框架141相互连接构成，如图6所示，第四框架141为立方体型框架，具体地，第四框架141包括七个第四顶点和六条第四连线，将其中的一个第四顶点作为第四中心点，另外六个第四顶点位于以该第四中心点为球心的球面上，并且使位于球面上的相邻两个第四顶点之间的圆心角为90°，位于球面上的各个第四顶点与作为第四中心点的第四顶点之间设置有一条第四连线。多个第四框架141中每两个第四框架141的一对对应的第四顶点相互连接后形成第四立体网状结构，使第四立体网状结构具有多个第四开孔142，第四开孔142在第四立体网状结构中的开孔率为50％。将第四立体网状结构使用在足底的中部外侧可以承受较大的身体重量而不会变形，且具有减轻重量、透气性好的等特点。

本实用新型的后跟区15的第五立体网状结构，包括多个第五框架151，并且由多个第五框架151相互连接构成，如图7所示，第五框架151为等边十四面体结构，相邻的两个等边十四面体框架通过对应的侧面共面连接在一起，形成第五立体网状结构。在将每个等边十四面体均设置为镂空结构，以使等边十四面体的每个面均形成第五开孔152，第五开孔152在第五立体网状结构中的开孔率为20％。由于足跟部是人本重量反映到足底受力最大的支撑点，故采用第五立体网状结构，可以起到良好的支撑作用。另外，还可以利用六面体结构进行布尔操作，得到部分孔隙，从而达到减轻鞋垫重量、提高鞋垫的透气性。

在本实用新型实施例中，具体地，底层1沿脚掌方向的最大厚度取决于足弓部分治疗与支撑所需要的最大厚度，一般为8-12mm，最小厚度2mm。最厚的地方在足弓区11的边缘处，因为这里是支撑足部纵弓最高的地方。最薄的地方在脚趾区12，起到平滑过渡与整体美观的作用，并且同时能够起到限制鞋垫在鞋子内部滑动的作用，因此脚趾区12无需太厚。鞋垫沿脚掌宽度方向的最大厚度也是在足弓区11的边缘处，最小厚度为脚掌前区13与脚掌中区14的结合部。而本实用新型实施例中，表层2的厚度为1-2mm，由于其材料为乙烯-乙酸乙烯共聚物，因此可以使脚掌的接触感觉更舒适。

本实用新型的3D打印矫形鞋垫的制作流程为：

1、利用足底压力分析仪对足底压力的分布与受力情况进行分析，获得分析结果。

2、根据分析结果在已知力学结构单元库中选取脚掌的各个部位(即底层1的各个区域)对应的结构单元。

3、三维扫描脚型，并根据选好的结构单元进行鞋垫设计。

4、利用3D打印方式打印出矫形鞋垫的底层1。

综上所述，本实用新型实施例的3D打印矫形鞋垫，能够在脚掌足底的不同受力部位，根据治疗的要求，利用足底压力分析仪的数据采集得到的结果，对不同区域分别按照已知力学结构单元库中选取的结构单元进行设计，最后利用3D打印支撑一体化的矫形鞋垫的底层1，能够使病灶部位的受力进行精确计算后的科学分配，从而在满足透气性、轻便性的同时，可以更好的分解压力，提高了治疗的效果和舒适性与耐用性，达到符合治疗要求。由于本实用新型的3D打印矫形鞋垫，根据脚掌不同区域的受力情况进行针对性的涉及，因此可以使受力更加均匀、合理，降低足底疾病的患者在穿着矫形鞋垫时，因局部受力不均衡而产生的其他副作用。

以上，仅为本实用新型的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本实用新型的工作原理的基础上，可以对本实用新型作出多种改进，这均属于本实用新型的保护范围。