CN107301671A - 通过共形打印定制减震 - Google Patents

Abstract

本文中所公开的实施例涉及使用共形层以避免使用增材制造过程制作的减震对象(诸如鞋类、头枕和座垫)的层间弱点的系统和方法。在具体实施例中，弯曲层熔融沉积建模技术可以用来提供优势(诸如更平滑的表面精加工、控制不仅针对用户的解剖结构而定制而且还可以对于特定活动而定制的对象的各种部件的柔性、扭转刚性和剪切强度)。

Description

通过共形打印定制减震

技术领域

本申请涉及定制对象的增材制造(additive manufacturing)。更具体地，本申请涉及避免减震(cushioning)对象(诸如但不限于使用增材制造技术创建的鞋垫(insole)或座垫(seat cushions))的层间弱点(inter-layer weakness)的系统和方法。

背景技术

近年来，高度定制减震(诸如例如鞋类)已经在市场上变得越来越普遍。在许多实现方式中，通过改进增材制造技术(诸如例如，3D打印)，定制鞋类已经成为可能。通过3D打印成为可能的定制鞋类包括鞋垫和鞋。这些定制鞋垫和鞋通过采用穿着者的足部的三维扫描，然后基于足部的形状和轮廓创建3D模型进行设计。然后按照模型来制造(例如，3D打印)鞋类物品。通过拟合鞋或鞋垫与足部的精确轮廓，提供了一种更好的适配和更多的舒适。

尽管3D打印的鞋类对于穿着者而言在舒适和适配方面提供了一定的优势，但是3D打印的鞋类可能遇到耐用性问题。特别地，由于增材制造包括以逐层的方式创建对象，所以成品对象可能遇到层间弱点。特别地，在受到显著应力的区域中，层可以分离或者甚至折断，从而降低对象的结构完整性。这些问题可能在包括在鞋类中倾向于许多曲面的区域中尤其严重。已经有尝试通过预处理(例如，细丝清洗和/或干燥)和后处理(例如，涂覆)来解决层间弱点。其它尝试方案寻求通过改变鞋类的构建方位来减少问题。然而，已经证明这些技术中没有任何技术在防止问题时完全有效。因此，需要没有遇到层间弱点的高度定制的鞋类。

发明内容

本文中所公开的实施例涉及使用共形(conformal)层以避免使用增材制造过程制作的减震对象(诸如鞋类、头枕(head rests)和座垫)的层间弱点的系统和方法。在具体实施例中，弯曲层熔融沉积建模技术可以用来提供优势(诸如更平滑的表面精加工、控制不仅针对用户的解剖结构而定制而且还可以对于特定活动而定制的对象的各种部件的柔性、扭转刚性和剪切强度)。在一些具体实施例中，对象可以是使用增材制造设备生产的鞋类物品(item of footwear)。鞋类物品可以包括符合鞋类物品的外表面的弯曲形状的多个弯曲层。

附图说明

图1是适用于实现本发明的各种实施例的计算机网络环境的图。

图2是计算机系统(诸如图1中所示的计算机系统)的高级框图。

图3是示出了用于使用增材制造技术设计并且制造设备的高级过程的流程图。

图4是可以在实现本文中所公开的各种实施例中使用的增材制造设备的图。

图5A图示了使用传统分层而制造的物品的示例。

图5B提供了使用弯曲层而制造的物品的图示。

图6A是具有弯曲层的物品的图示，其中填充层是基于顶层的形状。

图6B是具有弯曲层的物品的图示，其中填充层是基于底层的形状。

图6C是具有弯曲层的物品的图示，其中填充层是基于顶层和底层的形状。

图7提供了在不同层中具有不同纤维方向的鞋类物品中的不同层的示例。

图8A至图8C提供了对于层内的不同纤维使用不同材料的鞋类物品的图示。

图8D提供了在不同层中具有不同材料的鞋类物品的图示。

图9是根据本文中所公开的实施例的通过其可以设计并且制造鞋类物品的过程的高级图。

图10是示出了根据一个或多个实施例的用于设计并且制造鞋类物品的方法的流程图。

图11是提供了来自图10的用户信息收集步骤的更详细视图的流程图。

图12是来自图10中的设计步骤的更详细视图。

图13是来自图10中的工具路径生成步骤的更详细视图。

图14是来自图10中的制造步骤的更详细视图。

具体实施方式

本申请的实施例涉及使用共形层以避免使用增材制造过程制作的对象的层间弱点的系统和方法。特别地，弯曲层熔融沉积建模技术可以用来提供优势(诸如更平滑的表面精加工、控制不仅针对用户的解剖结构而定制而且还可以对于特定活动而定制的对象的各种部件的柔性、扭转刚性和剪切强度)。在各种实施例中，对象可以包括诸如鞋垫或鞋垫夹层(midsoles)的鞋类物品。在其它实施例中，对象可以是座垫或头枕。一般而言，本文中所公开的本发明的实施例可以结合基于用户的解剖特点设计的各种类型的定制减震而被利用。

各种实施例可以在用于设计并且制造3D对象的系统内实施。转到图1，示出了适合于实施3D对象的设计和制造的计算机环境的示例。该环境包括系统100。该系统100包括一个或多个计算机102a-102d，其可以例如是任何工作站、服务器或能够处理信息的其它计算设备。在一些方面中，计算机102a-102d中的每个计算机可以通过任何合适的通信技术(例如，因特网协议)连接至网络105(例如，因特网)。因此，计算机102a-102d可以经由网络105在彼此之间传送并且接收信息(例如，软件、3D对象的数字表示、用来操作增材制造设备的命令或指令等)。

该系统100进一步包括一个或多个增材制造设备(例如，3D打印机)106a-106b。如所示出的，增材制造设备106a直接连接至计算机102d(并且经由网络105通过计算机102d连接至计算机102a-102c)并且增材制造设备106b经由网络105连接至计算机102a-102d。因此，本领域技术人员将理解，增材制造设备106可以直接连接至计算机102，经由网络105连接至计算机102，和/或经由另一台计算机102和网络105连接至计算机102。

应当注意，尽管系统100相对于网络和一个或多个计算机进行描述，但是本文中所描述的技术还应用于可以直接连接至增材制造设备106的单个计算机102。

图2图示了图1的计算机的一个示例的功能框图。计算机102a包括与存储器220、输入设备230和输出设备240进行数据通信的处理器210。在一些实施例中，处理器还与可选的网络接口卡260进行数据通信。尽管分别进行了描述，但是应当理解，相对于计算机202a所描述的功能框不必是单独的结构元件。例如，处理器210和存储器220可以在单个芯片中体现。

处理器210可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或者被设计成执行本文中所描述的功能的其任何合适的组合。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核进行结合的一个或多个微处理器、或任何其它这样的配置。

处理器210可以经由一条或多条总线耦合以从存储器220读取信息或将信息写入到存储器220。处理器可以附加地或可替换地包含存储器(诸如处理器寄存器)。存储器220可以包括处理器高速缓存，其包括其中不同级别具有不同容量和存取速度的多级分层高速缓存。存储器220还可以包括随机存取存储器(RAM)、其它易失性存储设备或非易失性存储设备。存储装置可以包括硬盘驱动器、光盘(诸如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD))、闪速存储器、软盘、磁带和Zip驱动器。

处理器210还可以耦合至输入设备230和输出设备240分别用于从计算机102a的用户接收输入并且向计算机102a的用户提供输出。合适的输入设备包括但不限于键盘、按钮、按键、开关、指向设备、鼠标、操纵杆、遥控器、红外检测器、条形码阅读器、扫描仪、视频摄像机(可能与视频处理软件耦合以例如检测手势或面部表情)、运动检测器、或麦克风(可能耦合至音频处理软件以例如检测话音命令)。合适的输出设备包括但不限于视觉输出设备(包括显示器和打印机)、音频输出设备(包括扬声器、头戴式受话器、耳机和报警器)、增材制造设备和触觉输出设备。

处理器210还可以耦合至网络接口卡260。该网络接口卡260准备由处理器210生成的数据用于根据一个或多个数据传输协议经由网络进行传输。网络接口卡260还解码根据一个或多个数据传输协议经由网络接收的数据。网络接口卡260可以包括发送器、接收器或二者。在其它实施例中，发送器和接收器可以是两个单独的组件。网络接口卡260可以被体现为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件、或被设计成执行本文中所描述的功能的其任何合适的组合。

图3图示了用于制造3D对象或设备的过程300。如所示出的，

在步骤305，使用计算机(诸如计算机102a)设计对象的数字表示。例如，2D或3D数据可以输入到计算机102a用于帮助设计3D对象的数字表示。继续步骤310，信息被从计算机102a发送到增材制造设备(诸如增材制造设备106)，并且设备106根据所接收的信息开始制造过程。在步骤315，增材制造设备106继续使用合适的材料(诸如液态树脂(例如，用于立体光刻应用)、粉末(用于烧结应用)、热塑性塑料(用于熔融沉积建模)、或一些其它合适的3D打印材料)来制造3D对象。进一步地，在步骤320，生成3D对象。

这些合适的材料可以包括但不限于光聚合物树脂、聚氨酯、可再吸收的材料(诸如聚合物-陶瓷复合材料)等。市场上可获得的材料的示例是：来自DSM Somos的DSM系列材料7100，8100，9100，9420，10100，11100，12110，14120和15100；来自Stratasys的ABSplus-P430，ABSi，ABS-ESD7，ABS-M30，ABS-M30i，PC-ABS，PC ISO，PC，ULTEM9085，PPSF和PPSU材料；来自3D-Systems的Accura Plastic，DuraForm，CastForm，Laserform和VisiJet系列材料；来自EOS GmbH的PA系列材料，PrimeCast和PrimePart材料以及Alumide和CarbonMide。来自3-Systems的VisiJet系列材料可能包括Visijet Flex，Visijet Tough，Visijet Clear，Visijet HiTemp，Visijet e-stone，Visijet Black，Visijet Jewel，Visijet FTI等。其它材料的示例可能包括Objet材料(诸如ObjetFullcure，Objet Veroclear，Objet Digital Materials，Objet Duruswhite，ObjetTangoblack，Objet Tangoplus，Objet Tangoblackplus等)。材料的另一示例可以包括来自Renshape 5000和7800系列的材料。

上文所描述的实施例可以使用熔融沉积建模(“FDM”)设备来实现。图4是提供可以结合一个或多个实施例使用的FDM设备400的示例的框图。如所示出的，FDM设备400包括由Z轴马达(未示出)驱动的可以沿着Z轴移动的构建平台402。该FDM设备400还可以包括具有一个或多个挤压喷嘴406的液化器头404。在本示例中，液化器头404包括两个挤压喷嘴406。在一些实施例中，FDM设备400可以包括具有多个挤压喷嘴406的多个液化头404。挤压喷嘴406可以被配置成挤压不同材料(例如，构建材料和支撑材料)。不同挤压喷嘴还可以被配置成挤压两种不同的构建材料。一些FDM设备400可以包括两个以上的挤压喷嘴406。液化器头404从一个或多个线轴(spool)410接收构建和/或支撑材料408。如上文所陈述的，该材料可以是热塑性材料。它也可以是热固性材料。材料被卷绕到液化器头404中，在那里它被加热成液体或部分液体形式并且通过挤压喷嘴406挤压。

挤压喷嘴可以沿着X轴和Y轴由一个或多个马达(未示出)驱动。马达可以形成控制喷嘴和头的运动的多轴机器人的一部分。因此，挤压喷嘴406可以被移动到构建平台上方的适当位置以根据要打印的部件的设计在适当的位置中沉积构建和/或支撑材料408。在一些实现方式中，液化器头(或多个液化器头)可以被配置成还沿着Z轴移动。在这些实现方式中，构建平台可以在构建过程期间保持静止。FDM设备400还可以包括在开始构建过程之前放置在构建平台的顶部上的泡沫板(foam slab)412或某些其它基材。该泡沫板通常用来牢固地保持对象在为何正在打印它的适当位置。如图4的示例所示出的，FDM设备可以打印包括支撑416的部件414。该部件414可以使用构建材料线轴从喷嘴406中打印，而支撑416可以使用支撑材料线轴从另一喷嘴406中打印。另外，FDM设备400还可以包括具有构建材料的多个喷嘴，而每个喷嘴具有不同构建材料，该不同构建材料具有不同材料特点。可替代地，FDM设备可以是其中使用第一材料打印支撑、然后将构建材料移出以在该支撑的顶部上打印对象的单个喷嘴设备。

如上文所提到的，用于制造鞋垫的现有技术产生在通常遇到层间弱点的对象。图5A图示了使用传统分层而制造的并且易受层间弱点影响的物品的示例。如所示出的，图5A示出了使用传统FDM分层方法而制造的对象500。该对象包括底部表面502和顶部表面504。在该示例中，对象500已经使用传统FDM而被制造。因此，该对象包括在标准XY平面中打印的顶部表面504和底部表面502之间的七个层506。因此，各层分别在与对象500的底部表面502和顶部表面504不一致的一条直线上进行打印。

在本文中所公开的某些本发明的实施例中，一个或多个层被弯曲使得它们符合并且大致平行于对象的弯曲外表面。附加地，一个或多个层可以被弯曲使得它们符合结合对象的使用标识的应力图案。图5B提供了使用弯曲层而制造的物品的图示。如所示出的，对象520在形状上类似于来自图5A的对象500。对象520包括底部表面522和顶部表面524。与图5A中所示的各层不同，在图5B的对象520中示出的层526是弯曲的并且遵循对象520的外表面522和524的轮廓。这些层使用弯曲层打印工艺(诸如例如，其中层的打印不仅包括传统XY平面而且还包括允许实现图5B所示的曲率的Z坐标的弯曲层熔融沉积建模(“CLFDM”)工艺)。如将下文更详细解释的，在设计和生产鞋垫中使用CLFDM技术解决了在现有的鞋类制造技术中遇到的很多问题。而且，尽管下文所提供的示例是在CLFDM打印的背景下，但是本领域技术人员将理解，其它类型的弯曲层打印可以根据本文中所描述的本发明的实施例使用。

图6A至图6C提供了根据本发明的一个或多个实施例的可以用来生产鞋垫的各种填充方法的图示。图6A是具有弯曲层的鞋垫的图示，其中填充层基于顶层的形状。如所图示的，鞋垫610包括很大程度上平直跨过其最右边的边缘但是在其最右边的边缘向上弯曲的底部表面612。鞋垫610还包括自始自终是弯曲的顶部表面614，而凸起侧下行进入到鞋垫的中心部分。因此，鞋垫610自始自终没有恒定的厚度，并且底部表面612和顶部表面614之间的层的数目沿着鞋垫变化。在图6A所示的示例中，层616通常被制成以符合顶部表面614的曲率。因此，两个最高内层延伸越过整个鞋垫，但是因为它们的曲率使它们满足相对平坦的底部表面612，所以其余的层被划分。

图6B是具有弯曲层的鞋垫620的图示，其中填充层基于鞋垫的底部表面的形状。在该示例中，鞋垫620包括底部表面622和顶部表面624。底部表面622和顶部表面624的形状与图6A所示的底部表面612和顶部表面614大致相同。然而，与图6A不同，图6B所示的内层626遵循底部表面626的轮廓。因此，底部表面626附近的内层延伸越过整个鞋垫，而更靠近顶部表面624的那些内层626由顶层624的曲率分离。

除了定义遵循顶部表面(如图6A所示)和底部表面(如图6B所示)的轮廓的层之外，填充层还可以被打印成以基于鞋垫的顶部表面和底部表面两者。特别地，图6C是具有其中填充层基于顶层和底层两者的形状的弯曲层的物品的图示。如图6C所示，鞋垫630包括底部表面632和顶部表面634。鞋垫630包括内层636。在该示例中，最靠近顶部表面634的鞋垫630的内层636紧密地遵循顶部表面634轮廓和形状。类似地，最靠近底部表面632的层636紧密地遵循底部表面632的轮廓和形状。中间层(intermediate layer)具有变化的形状。在该示例中，中层(middle layer)被成形成符合顶部表面634和底部表面632两者的平均曲率。因为鞋垫在其中心部分最薄，所以其余层不会延伸越过整个鞋垫，而不是因为越过鞋垫630的中心部分存在针对它们的空间不足而被分离。

通过使用图6A至6C所示的弯曲层技术，因为鞋垫的外表面在单个层中被打印，所以更光滑的表面精加工可以在鞋垫中实现。除了提供显著美观优势并且减少后期制作处理的需求之外，更平滑的外表面还可以提供用于减少鞋垫和穿着者的足部之间的摩擦。

在某些实施例中，在鞋垫制造工艺中利用弯曲层技术还可以提供更精确地控制鞋垫的机械特性的能力。例如，增材制造设备可以被配置成允许基于特定穿着所需的所需要的灵活性、扭转刚性和剪切强度选择纤维的方向。例如，每一层中的纤维可以沿在整个步态周期内最佳调谐到足部内转(pronation)的特定方向放置。在一些实施例中，增材制造设备的控制系统可以被配置成允许在逐层的基础上指定纤维方向。图7提供了在不同层中具有不同纤维方向的鞋类物品中的不同层的示例。

如所示出的，第一层710包括其中纤维以偏移足部的长度方向轴线大约45°的角度铺设的纤维方向712。第二层720还包括偏移足部的纵向轴线大约45°的角度的纤维方向722。在这种情况下，如层710所示的那样，它在相反的方向上偏移45°。另一层可以包括垂直于足部的纵向轴线的纤维方向。例如，该层730包括垂直于足部的纵向轴线打印的纤维。如层740所示，纤维还可以沿着足部的纵向轴线沉积。在该层中，纤维742从足部的背部到足部的前部纵长延伸。附加地，如层750所示，该纤维方向可以是弯曲的。因为包括鞋垫的外部表面的这些层将与足部和/或与鞋垫一起使用的鞋的轮廓更加紧密地对齐，所以利用弯曲纤维方向(诸如层750所示的纤维752)可能有益于这些层。利用纤维方向的各种组合，可以在鞋垫内控制扭转，以使鞋垫的机械性能可以针对穿着者的特定步态而进行优化。这些纤维方向组合可以基于对穿着者进行的步态分析来确定。基于该步态分析，做出关于其中鞋垫需要强度和刚度的方向和其中鞋垫应当具有柔性以适应穿着者的需求的那些方向的确定。

除了变化层之间的纤维方向之外，对鞋垫的机械特性的控制还可以通过利用层之间或甚至层内的不同纤维之间的不同材料来实现。通常，双喷嘴机器将被配置成使得一个喷嘴挤压第一种材料(诸如例如，用于鞋垫的基材)并且第二喷嘴挤压第二材料(诸如例如，用于加固层的碳状细丝)。现在转到图8A至图8C，示出了纤维材料的层内变化的示例。图8A示出了具有两种不同纤维材料的鞋垫的层810。在该示例中，第一材料812和第二材料814以交替的方式被沉积。因此，所沉积的纤维的一半处于第一种材料812中，并且所沉积的纤维的另一半处于第二材料814中。

图8B提供了可以如何使用纤维材料层的变化来提供特定特性(诸如定向柔性或强度)的另一示例。在该示例中，鞋垫的层820还包括两种不同纤维材料。第一纤维材料822包括多数挤压线(在该示例中，八个所沉积的纤维中的五个)。第二纤维材料824用于其余三个所沉积的纤维中。图8C提供了其中所有纤维被沉积在单个材料834中的层830的示例。该材料834可以是用来提供鞋垫中的加强层的加固材料(诸如碳状细丝)。除了变化在层内所使用的材料之外，鞋类物品还可以变化不同层之间的材料。图8D提供了在不同层中具有不同材料的鞋类物品840的剖面图的图示。在该示例中，使用两种不同的材料。第一材料842在如所示出的顶层、底层和中层中使用。附加地，第一材料842在不延长鞋垫的整个长度的共形中使用。第二材料844在邻近鞋垫840的顶部和底部上的外层的直接内层中使用。如上文结合图8A至图8C所讨论的，每个单独层可以由各个所沉积的纤维之间变化的纤维材料组成。因此，尽管图8D示出了鞋垫840的一个横截面，但是鞋垫840的另一横截面可能具有纤维材料的不同组合。

在一些实施例中，在鞋垫的层内并且在鞋垫的层之间使用的不同材料可以由导电材料组成。在这些实施例中，弯曲层的沉积允许连续电路插入鞋垫。例如，弯曲层聚合物材料可以用来围绕鞋垫中的导电材料层。导电材料层可以是直接被打印作为鞋垫本身的部件的导电电子轨道。导电层可以用作用于监测的传感器。例如，可以用来监测运动表现。还可以用于监测更一般用途以确保鞋垫随时间推移对于穿着者而言是适当的适配。附加地，导电层还可以用来解决与如在美国专利号5,233,769中所描述的静电有关的问题。

图9是通过其可以根据本文中所公开的实施例生产并且制造减震物品的生产和分配周期900的高级图。如所示出的，因为在设计并且制造减震物品中进行的各种步骤可以对于对象的任何特定用户重复几次，所以周期900本质上是圆形的。周期900从客户902需要改进的减震物品开始。然后，该过程移动到框904，其中，将与垫子(cushion)接触的用户的解剖结构被扫描或以其它方式进行测试以获得关于用户的解剖压力映射图和步态有关数据。该过程下一步移动到框906，其中，减震物品可以基于在扫描过程904期间获得信息进行设计。该设计过程906可以使用在线的垫子设计应用由客户执行。在一些实施例中，垫子设计应用可以被配置成允许客户指定关于它们的减震物品的某些设计元件。例如，如果垫子在鞋类中并且如果鞋类物品是矫形凉鞋(orthotic sandal)，则属性(诸如鞋底(tread)设计、颜色、材料)或某些其它属性可以由客户902指定。

当客户已经完成了设计过程906时，该过程移动到订购过程908。该订购过程908可以采取在设计过程906期间由客户902指定的设计，并且在从客户902接收到确认订单时，将该信息发送到工程过程910。该工程过程910涉及利用所指定的设计来在设计过程906期间创建满足由客户902提供的设计规格的用于减震物品的3D模型，并且还基于在扫描过程904期间获得的扫描数据来符合客户902的解剖结构，一旦3D模型在工程过程910期间得以创建，该过程就移动到其中使用增材制造制造减震物品的912。如上所述，可以使用弯曲层熔融沉积建模制造垫子，并且如上文结合图5A至图8D所描述的，层内和层之间的纤维材料可以变化。一旦减震物品得以制造，就进行交货过程914，借此减震物品到达客户902。然后，客户可以利用减震物品。例如，如果减震物品是鞋垫，则鞋垫可以插入到客户902的鞋中。

在一些实施例中，针对特定客户902，周期900可以重复多次。如上文所讨论的，在某些实施例中，使用本文中所描述的技术创建的垫子可以包括在增材制造过程期间沉积的连续电路。该电路可以包括可以记录关于鞋垫内的压力点的信息(包括可以随时间出现的那些压力点的改变)的传感器。当传感器检测到压力映射图的显著改变时，传感器可以被配置成提醒用户减震物品不再是最佳适配，并且新扫描过程904应该相对于受影响的解剖结构发生。

在结合图9描述的周期900中，可以设计、订购、工程化并且制造减震物品以最好符合用户的解剖结构。现在转到图10，提供了图示了设计和制造过程的更详细视图的流程图。在该特定示例中，尽管本领域技术人员将理解根据图10所示的过程，还可以制造其它类型的减震，但是所设计并且制造的减震物品是垫子。

该过程在其中获得关于用户的解剖结构的信息的框1002开始。如下文结合图11附加更详细地所讨论的，可以经由医学成像或其它类型的用户的解剖结构(例如，在鞋类的情况下，足部)的尺寸化(sizing)和/或测量来获得该信息。一旦获得关于穿着者的解剖结构的信息，该过程就移动到框1004。在此，获得关于其中或其上将使用垫子的对象的信息。例如，在鞋类的情况下，该信息可以包括特定类型的鞋、鞋的结构、鞋的大小、鞋中所用的材料、或一些其它类型的信息。在一些实施例中，尽管在其它实施例中，较少的详细信息可能就足够了，但是鞋本身可以被扫描以获得精确的结构信息。

一旦获得了减震信息，该过程然后就可以移动到框1006。在此，垫子可以基于用户的信息和分别在框1002和1004中获得的对象信息进行设计。该设计过程将在下文结合图12附加更详细地进行描述。接下来，该过程移动到框1008。在此，生成工具路径用于制造垫子。如上文所讨论的，工具路径可以是允许增材制造设备(诸如例如，熔融沉积建模设备)以根据由框1006提供的鞋垫设计的沉积弯曲层的三轴工具路径。下文将结合图13提供关于工具路径生成过程的附加细节。

一旦生成了工具路径，该过程然后就可以移动到框1010。在此，使用弯曲层增材制造机器来制造垫子。通常，弯曲层增材制造机器将采取CLFDM设备的形式，但是应当理解，允许实现三轴工具路径的其它类型的增材制造技术还可以用来制造鞋垫。例如，这些增材制造技术可以包括机器人(robotic)挤压。下文结合图14将对关于框1010的制造过程的附加细节进行讨论。一旦垫子使用弯曲层技术得以制造，该过程然后就移动到其中执行后处理的框1012。后处理可以包括各种类型的精加工(包括砂磨、平滑、着色、清洁、表面处理等)。在完成框1012中的后处理时，垫子的制造可以完成。

如上文结合图10的框1002所讨论的，可以获得患者信息以便开始根据本文中所公开的实施例的设计患者特定减震的过程。图11是提供来自图10的患者信息采集步骤的更详细视图的流程图。患者信息采集在框1102开始，其中，对患者的相关解剖结构执行医学成像。医学成像可以是各种形态(包括x射线、CT、MRI或一些其它医学成像技术)中的任何一个或多个。使用医学成像，可以获得将与垫子接触的身体的部位的解剖结构(例如，在鞋类的情况下，足部)的信息，并且用来辅助设计过程。采集患者信息的过程还可以包括：如框1104所示，光学扫描。光学扫描可以包括：采取用激光器进行激光扫描解剖结构以捕获测量具有高精确性的解剖结构轮廓和尺寸的3维图像。除了执行医学成像和光学扫描之外，患者信息的采集还可以包括：如框1106所示的步态分析和/或压力分析。步态分析可以是其中患者步行穿过馈送压力信息数据以便检测异常足部功能的压力板的计算机化步态分析。另外，如框1108所示，患者信息的采集还可以包括：分析在进行步态分析的过程中创建的压力映射图。

如上文结合图10的框1006所讨论的，可以使用所获得的患者信息以及与其中或其上垫子将适配的对象有关的对象信息来设计减震。图12是来自图10的框1006的减震设计步骤的更详细视图。该设计过程在框1201开始，其中，设计垫子的顶部表面以适应患者的解剖结构和病理。顶部表面可以被设计成使得它大致符合与垫子将与其一起使用的解剖结构的轮廓。光学扫描信息和在图11中所描述的子过程中获得的医学成像信息可以用来确定用于顶部表面的最佳设计。一旦垫子的顶部表面得以设计，该过程就在框1203继续。在此，设计垫子的底部表面。通常，可以基于所获得的关于其中或其上垫子将适配的对象的信息设计底部表面。在鞋类的情况下，底部表面可以被设计成在鞋的外底或足部床内部、并且针对在鞋的外底或足部床最适合。该过程在框1205开始，其中，确定层结构。可以基于在每个方向上垫子的所需的机械特性来选择层结构。层结构可以是上文结合图6A至图6C所描述的层结构中的其中一个，使得可以利用具有基于顶层、底层或两者中的任何一个的填充物的弯曲层。

一旦层结构得以设计，过程然后就移动到其中确定纤维路径的框1207。如上所述，每一层中的纤维可以在特定方向上进行打印。其中纤维被沉积的方向可以影响和/或影响垫子在特定方向上的强度。另外并且上文结合图7所描述的，可以为不同层选择两个不同的纤维方向以便实现鞋垫内的所需的灵活性、扭转刚度和/或剪切强度。另外并且如上文结合图8A至图8D所讨论的，还可以在层内的不同纤维之间使用多种材料。这些不同的材料还可以并入到减震设计过程。然后，该过程移动到框1209。在此，可以设计用来在增材制造过程期间支撑垫子的支撑结构。在一些实施例中，垫子可以使用已有支撑结构。可以使用与垫子不同的材料来制造支撑结构，以使它可以在精加工过程期间容易地与垫子分离。在一些实施例中，垫子可以利用由整合到构建平台中使得它们被升高或降低以提供自适应支撑装置的一系列块组成的自适应支撑。在一些实施例中，可以基于垫子正被制造的对象的类型来利用已有的支撑结构。例如，各种众所周知的鞋模型各自可以具有在构建过程之前可以被插入到增材制造设备中的专用的已有的支撑结构。

现在转到图13，示出了图10的框1008所示的工具路径生成步骤的更详细视图。生成工具路径的过程可以在框1302开始，其中，确定用于工具路径的X-Y坐标。如先前所述，垫子内的各种层可以是由增材制造设备中的挤压喷嘴通过三轴运动创建的共形(例如，弯曲)层。因此，在框1304，Z坐标被添加到每个X-Y对。一旦Z坐标已经被添加到每个X-Y对，该过程就移动到框1306。在此，基于在框1302和1304中限定的坐标中的每个坐标来创建三轴工具路径。

如结合图10的框1010所讨论的，一旦工具路径得以生成，可以使用增材制造设备(诸如CLFDM设备)中的共形层来制造垫子(例如，鞋垫)。图14是制造过程的更详细视图。该过程在其中标识支撑结构类型的框1401开始。如上文图12所述，支撑结构可以是各种类型的围墙(fort)支撑结构(诸如模块化平台、预先制作的支撑或传统支撑)中的任一种。在确定支撑结构类型之后，该过程移动到其中确定支撑结构类型是否是模块化平台的决策框1403。如果是这样，则该过程向前移动到框1407，其中，根据垫子支撑设计来调整模块化平台。如果支撑结构类型不是模块化平台，则该过程移动到其中确定预先制作的支撑是否是鞋垫设计的一部分的决策框1405。如果是这样，则该过程再次移动到其中预先制作的支撑被放置在打印平台上的框1407。然而，如果在决策框1405确定没有使用预先制作的支撑，则该过程反而移动到其中使用增材制造设备打印支撑结构的框1409。一旦支撑已经被放置在打印平台上(如框1407所示)或支撑结构已经被打印(如框1409所示)，则该过程移动到框1411。在此，垫子被打印在适用支撑结构的顶部上。

本文中所公开的各种实施例提供了使用计算机控制系统。本领域技术人员将容易理解，这些实施例可以使用众多不同类型的计算设备(包括通用和/或专用计算系统环境或配置)实现。可以适合于结合上文所陈述的实施例使用的众所周知的计算系统、环境和/或配置的示例可以包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持式或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括上述系统或设备中的任一个的分布式计算环境等。这些设备可以包括所存储的指令，其当由计算设备中的微处理器执行时，使得计算机设备执行指定动作来施行指令。如本文所使用的，指令是指用于处理系统中的信息的计算机实现的步骤。指令可以以软件、固件或硬件实现，并且包括由系统的组件进行的任何类型的编程步骤。

微处理器可以是任何常规通用单芯片或多芯片微处理器(诸如处理器、 Pro处理器、8051处理器、处理器、Power 处理器或处理器)。另外，微处理器可以是任何常规专用微处理器(诸如数字信号处理器或图形处理器)。微处理器通常具有常规地址线、常规数据线和一种或多种常规控制线。

本文中所公开的本发明的方面和实施例可以被实现为使用标准编程或工程技术以生产软件、固件、硬件或其任何组合的方法、装置或制品。如本文中所使用的术语“制品”是指以硬件或非暂态性计算机可读媒体(诸如光学存储设备、和易失性或非易失性存储器设备)或暂态性计算机可读媒体(诸如信号、载波等)实现的代码或逻辑。这样的硬件可以包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、微处理器、或其它类似的处理设备。

Claims (25)

1.一种使用增材制造设备生产的鞋类物品，包括：

多个弯曲层，所述多个弯曲层符合所述鞋类物品的外表面的弯曲形状。

2.根据权利要求1所述的鞋类物品，其中所述鞋类物品具有变化的厚度，并且其中层的数目沿着鞋垫的厚度变化。

3.根据权利要求2所述的鞋类物品，其中使用填充方法实现层的所述数目的所述变化，并且其中在所述鞋类物品的具有较大厚度的区域中提供填充层。

4.根据权利要求3所述的鞋类物品，其中所述填充层的曲率基于应力分析。

5.根据权利要求3所述的鞋类物品，其中所述填充层的曲率基于所述鞋类物品的顶层。

6.根据权利要求3所述的鞋类物品，其中所述填充层的曲率基于所述鞋类物品的底层。

7.根据权利要求3所述的鞋类物品，其中所述填充层的曲率基于所述鞋类物品的顶层和底层。

8.根据权利要求1所述的鞋类物品，其中所述多个弯曲层中的至少一个弯曲层包括多根纤维。

9.根据权利要求8所述的鞋类物品，其中所述多根纤维包含包括第一材料的纤维和包括第二材料的纤维。

10.根据权利要求9所述的鞋类物品，其中所述第一材料和所述第二材料中的一个是增强材料。

11.根据权利要求10所述的鞋类物品，其中所述增强材料包括碳状细丝材料。

12.根据权利要求1所述的鞋类物品，其中所述多个弯曲层包括多根纤维，并且其中在所述多个弯曲层中的第一层中，所述多根纤维包含包括第一材料的纤维，并且其中在所述多个弯曲层的第二层中，所述多根纤维包含包括第二材料的纤维。

13.根据权利要求12所述的鞋类物品，其中在所述多个弯曲层的第三层中，所述多根纤维包含包括所述第一材料的纤维和包括所述第二材料的纤维。

14.根据权利要求1所述的鞋类物品，其中所述多个层中的第一层包含包括第一材料的多根纤维，并且其中所述多个层中的第二层包含包括第二材料的多根纤维。

15.根据权利要求1所述的鞋类物品，其中所述多个层中的每层包括多根纤维，并且其中第一层中的多根纤维被沉积在第一方向上，并且其中第二层中的多根纤维被沉积在第二方向上。

16.根据权利要求15所述的鞋类物品，其中所述第一方向垂直于所述鞋类物品的纵向轴线，并且其中所述第二方向平行于所述鞋类物品的纵向轴线。

17.根据权利要求15所述的鞋类物品，其中所述第一方向偏移所述鞋类物品的所述纵向轴线45度，并且其中所述第二方向偏移所述鞋类物品的所述纵向轴线45度并且垂直于所述第一方向。

18.根据权利要求15所述的鞋类物品，其中所述第一方向偏移所述鞋类物品的所述纵向轴线10度到80度之间，并且其中所述第二方向偏移所述鞋类物品的所述纵向轴线10度到80度之间。

19.根据权利要求1所述的鞋类物品，在所述多个层内包括嵌入线。

20.根据权利要求19所述的鞋类物品，其中所述嵌入线遵循所述多个层的曲率。

21.根据权利要求20所述的鞋类物品，其中所述嵌入线包括传感器。

22.根据权利要求21所述的鞋类物品，其中所述传感器包括压力传感器。

23.根据权利要求22所述的鞋类物品，其中所述压力传感器被配置成监测运动表现。

24.根据权利要求21所述的鞋类物品，其中，所述传感器适于监测所述鞋类物品的结构完整性。

25.一种使用增材制造设备生产的减震物品，包括：

多个弯曲层，所述多个弯曲层符合所述减震物品的外表面的弯曲形状。