基于三維掃描和選擇性激光燒結(jié)的個(gè)性化鞋墊參數(shù)化建模及性能分析

供稿人:岳銀恒-王玲
供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

鞋墊在改善個(gè)人足部舒適性方面起著極其重要的作用。由于每個(gè)人都有獨(dú)特的足部特征，因此根據(jù)個(gè)人足部特征設(shè)計(jì)個(gè)性化鞋墊是必要的。個(gè)性化鞋墊使用傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)加工必然會(huì)受制于設(shè)計(jì)限制和帶來材料的浪費(fèi)，隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)個(gè)性化鞋墊模型的制造得以實(shí)現(xiàn)。

近期重慶大學(xué)的研究人員提出了一種方便高效的定制鞋墊設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)將參數(shù)化建模與選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)相結(jié)合的個(gè)性化鞋墊設(shè)計(jì)制造。首先使用三維掃描儀獲取包含完整足底信息的足部模型，基于掃描的足部模型，開發(fā)了采用自動(dòng)草繪模塊的參數(shù)化建模程序，自動(dòng)創(chuàng)建個(gè)性化鞋墊模型，最后通過選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)制造鞋墊。

研究人員開發(fā)了基于Rhino的Grasshopper插件的建模程序，如圖1所示，只需輸入三個(gè)參數(shù)，包括STL格式的腳模型、鞋墊厚度和陣列單元，就可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化鞋墊設(shè)計(jì)

圖1 參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)

基于自動(dòng)草繪模塊，如圖2所示程序首先從STL模型種提取一組代表給定腳的足底形狀的截面曲線，然后對(duì)這些曲線進(jìn)行處理獲得連續(xù)光滑的表面，該表面轉(zhuǎn)換成具有不同厚度的鞋墊，最后形成多孔陣列單元的鞋墊模型。

圖2 自動(dòng)草繪模塊

通過對(duì)建立的平鞋墊和個(gè)性化鞋墊進(jìn)行有限元模擬仿真分析，個(gè)性化鞋墊的接觸面積比平面鞋墊大的多，個(gè)性化鞋墊可以減少在前腳和腳跟區(qū)域的應(yīng)力集中。

由于個(gè)性化鞋墊是完全根據(jù)個(gè)人的足弓高度和足跟深度從截面輪廓生成的，因此個(gè)性化鞋墊具有均勻的應(yīng)力分布和完美的鞋墊貼合性，從而帶來更舒適的體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：
Li J , Shu W , Yang Y , et al. Parametric modeling and performance analysis of a personalized insole based on 3D scanning and selective laser sintering[J]. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 2020:1-10.