一種3D列印鞋墊的製作方法與流程

2023-06-08 09:07:41

本發明涉及鞋墊的加工方法，具體是一種3D列印鞋墊的製作方法。

背景技術：

足部作為站立和步行時人體的支點，受到人體內力和外力的相互影響。足部良好的生物力學結構，能為人體提供平衡、控制和協調的能力。如果足部出現機能障礙，不良的下肢力學結構則會導致人體足部以上骨骼系統的對稱不良以及偏離中立位，從而導致膝、髖、骨盆、脊柱各部位關節出現問題，影響人體健康。

足部姿態可分為：扁平足、馬蹄足、旋前足、旋後足、彈性足、剛性足等。足部過度旋前，會導致脛前肌運動負荷增加，易出現過勞性損傷。足部過度旋後，引起足部緩衝減震效果下降。理想條件下足部姿態應處於中立位，前中後足生物力學對線良好。

當力線偏離中立位，中樞神經系統為使骨骼維持在正常位置，會使身體產生代償。這些代償會使額外的壓力和負荷加諸於相關的肌肉、韌帶及肌腱上，造成身體相關部位的疼痛。

雙腿自足至肚臍眼的長度不一致稱為腿長差異，研究表明90%的人群存在腿長差異。腿長差異會改變髖部、骨盆及背部的力線，增加背部脊柱的壓力，引發背部及相連區域-肩、頸的疼痛，導致脊柱側彎或前後凸。還會引起過度旋前或旋後，影響步態。

鞋墊對不良足踝的糾正作用，矯形鞋墊的正確設計和使用，能使足踝生物力學線處於中立位，經過一段時間後，可改善姿勢控制能力，繼而保持足部以上身體結構處於健康狀況。

矯形鞋墊通過控制脛骨扭轉，使兒童在成熟期前達到解剖學認為的最佳位置。對成人可控制足部的過度旋前或旋後對肌腱的拉伸，幫助患者足部保持中立位，並支撐足部肌肉及骨骼，減輕跟腱炎和足跟痛，防止拇囊炎的發展。

矯形腳墊可以限制足部過度旋前，從而限制膝關節扭轉，治療膝關節痛。矯形鞋墊根據患者的中立位支撐足部，控制導致腿長差異的過度旋前或旋後，同時在較短一側添加足跟墊，這樣身體不再為短腿代償，幫助骨盆保持平衡，而治療髖、背部疼痛。

足部矯形墊對於足過勞性運動損傷也有預防作用，作用機制是：①改善足部、下肢力學的對線，減少負重使足部出現的異常活動。②增加運動中足部減震能力。③改善足部本體感覺輸入功能。 有學者報導，旋前足者足部姿態中立化後，步行中各肌肉的運動模式趨於正常，提示足部姿態中立化後產生神經肌肉控制方面的作用，不但是關節負重力線改善，整個運動鏈的神經肌肉控制能力也得到改善。

目前鞋墊的設計生產主要是根據足部的大小尺寸來統一生產的，設計師設計一款鞋墊後通過專業的試穿人員進行試穿，如果合適就可以進行批量生產，這種集約化的鞋墊設計生產模式沒有個性化，不能糾正足踝的異常姿勢和減輕疼痛。

康復科用鞋墊作為足部矯形的方法之一，改善患者的足部姿態。在製作過程中，按個體足部狀態，採用模具定型或者在量產足墊上用熱塑性的方法，使足的距下關節恢復中立位以使足部姿態中立化。但還是達不到鞋墊和個體足部的完美貼合，使足底壓力均勻分部，不能很好地使足部姿態中立化而改善姿勢控制，糾正不良足踝在人體中導致的各種病痛。

3D列印鞋墊顛覆了傳統製作鞋墊過程，通過對足底掃描得到的數據文件，結合足底壓力分布曲線、姿勢評估和步態分析結果，按治療需要進行調整，產生個性化的3D文件進行列印，理論上可以產生同足底接觸更好、有更好治療效果的矯形鞋墊。

有學者報導，對不同材質、不同製作方法的足部矯形墊相互比較，在控制下肢力線相同的情況下，同足底接觸更好的矯形鞋墊對使用者更有益處，Sun等通過對無負重狀態下的足進行掃描而製作的鞋墊，發現可以減小足底各區域間的壓力差，增加舒適度。

因此滿足不同足部特徵、進行個性化設計，用3D列印製作而成的鞋墊無疑有巨大優勢。我國是一個人口眾多的國家，鞋墊的健康設計對於降低我國國民足部的患病率具有重要意義。隨著3D列印技術和材料的發展，3D列印鞋墊的舒適度、治療效果會提高，成本會降低，將會越來越被人們接受。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種3D列印鞋墊的製作方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種3D列印鞋墊的製作方法，包括以下步驟：

（1）患者狀況檢查；

（2）患者足底部的3D掃描，包括三種方法：a.印模製作；b.人工掃描；c.CT掃描；

（3）用掃描儀掃描患者日常使用的腳墊；

（4）3D鞋墊模型數字文件的建立

運用3D Max 、netfabb、geomagic軟體，對掃描後數據按臨床治療需要進行處理，生成3D鞋墊模型數字文件，具體處理步驟如下：

1）3D鞋墊為上下兩面，鞋墊上面根據足部中立位掃描後得到的數據，按治療要求進行處理和調整，3D鞋墊表面和足底貼合；鞋墊下面按原使用鞋墊掃描後的數據進行處理，3D鞋墊直接塞入鞋子和鞋底貼合；

2）雙下肢如不等長，短下肢鞋墊加厚，厚度為差距的一半；

3）前足如有內或外翻，鞋墊上面的前部進行內或外翻的糾正，角度為前足內或外翻角度的一半；

4）後足如有內或外翻，鞋墊上面的後部進行內或外翻的糾正，角度為後足內或外翻角度的一半；

5）扁平足、指外翻、跟腱炎、糖尿病足疾病，鞋墊上面在上述糾正的基礎上，在局部進行凸出或凹陷的特殊處理，按需要調整足底壓力曲線；

（5）列印材料的選擇：選擇軟性ABS、軟性PLA、TPU材料；

（6）列印方法的選擇：最終的產品數據文件由3D印表機器列印；列印方法為FDM；

（7）鞋墊成品後的細加工。

作為本發明進一步的方案：步驟（1）中的患者狀況檢查包括：雙足底壓力分布曲線測定，前、後足內外翻角度，脛骨扭轉角度，雙側下肢長度測定，脊柱側彎角度；踝、膝、髖關節，腰部疼痛的部位和程度；步態分析。

作為本發明再進一步的方案：步驟（2）中所述的印模製作：用柔軟的沙泥做成一個平整模子，患者坐位將雙足放在上面，足踝中立位，輕輕下壓，製成兩個足的模型，然後用3D掃描儀進行掃描。

作為本發明再進一步的方案：步驟（2）中所述的人工掃描：將患者雙側足踝置於中立位，用3D掃描儀直接對足底進行掃描。

作為本發明再進一步的方案：步驟（2）中所述的CT掃描：將患者雙側足踝置於中立位進行掃描。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

（1）3D鞋墊模型數據由掃描個體足部獲得，因而能個性化地與個體的足底密切貼合，使個體足底的壓力分布曲線能均勻地分布到鞋墊中，個體穿鞋的舒適感提高。傳統矯形鞋墊是無法比擬的。

（2）3D鞋墊模型數據可以根據臨床治療需要方便地進行修改，使足底壓力曲線按治療要求重新分布。傳統矯形鞋墊也無法達到要求的。

（3）掃描是在足部中立位狀態下進行的，因而個體穿著鞋墊能自動使足部處於中立位，糾正許多病理性的站姿。糾正效果與足墊材料的彈性和硬度有關。

（4）傳統矯形鞋墊在糾正下肢長短腳、足內外翻時，常附加墊片，但常常不能貼合足部，足底壓力曲線不能均勻分布，個體穿著不舒服。3D鞋墊可以方便地修正模型數據，一次列印，鞋墊修正了以後仍能貼合足部。

（5）3D鞋墊較矯形鞋墊價格成本低，可為更多人群接受。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例中，一種3D列印鞋墊的製作方法，包括以下步驟：

（1）患者狀況檢查：

雙足底壓力分布曲線測定，前、後足內外翻角度，脛骨扭轉角度，雙側下肢長度測定，脊柱側彎角度；踝、膝、髖關節，腰部疼痛的部位和程度；步態分析；

（2）患者足底部的3D掃描（3選1）

a.印模製作：用柔軟的沙泥（類似於橡皮泥）做成一個平整模子，患者坐位將雙足放在上面（足踝中立位），輕輕下壓，製成兩個足的模型，然後用3D掃描儀進行掃描；

b.人工掃描：將患者雙側足踝置於中立位，用3D掃描儀直接對足底進行掃描；

c.CT掃描：將患者雙側足踝置於中立位進行掃描；

（3）用掃描儀掃描患者日常使用的腳墊

（4）3D鞋墊模型數字文件的建立

運用3D Max 、netfabb、geomagic軟體，對掃描後數據按臨床治療需要進行處理，生成3D鞋墊模型數字文件，具體處理步驟如下：

1）3D鞋墊為上下兩面，鞋墊上面根據足部中立位掃描後得到的數據，按治療要求進行處理和調整，3D鞋墊表面和足底貼合；鞋墊下面按原使用鞋墊掃描後的數據進行處理，3D鞋墊直接塞入鞋子和鞋底貼合（原鞋墊不用）；

2）雙下肢如不等長，短下肢鞋墊加厚，厚度為差距的一半；

3）前足如有內或外翻，鞋墊上面的前部進行內或外翻的糾正，角度為前足內或外翻角度的一半；

4）後足如有內或外翻，鞋墊上面的後部進行內或外翻的糾正，角度為後足內或外翻角度的一半；

5）扁平足、指外翻、跟腱炎、糖尿病足等疾病，鞋墊上面在上述糾正的基礎上，在局部進行凸出或凹陷等特殊處理，按需要調整足底壓力曲線；

（5）列印材料的選擇

軟性ABS、軟性PLA、TPU

（6）列印方法的選擇

最終的產品數據文件由3D印表機器列印；列印方法為FDM（熔融擠壓成型）；

（7）鞋墊成品後的細加工。

本發明的3D列印鞋墊為定製：通過對患者足踝部狀況檢查，足底壓力分布檢測，判斷患者足踝部的病理狀況和不良姿勢。通過對患者足底的3D掃描，根據臨床治療需要，對3D掃描的模型數據進行修改，重新安排足底壓力分布，列印出的矯形鞋墊更能符合臨床需求，繼而糾正患者足踝部的不良姿勢和疼痛。因3D列印鞋墊能貼合患者的足底，因此在矯形治療的過程中，不降低患者穿戴的舒適感。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。