基于三维扫描和选择性激光烧结的个性化鞋垫参数化建模及性能分析

供稿人:岳银恒-王玲
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

鞋垫在改善个人足部舒适性方面起着极其重要的作用。由于每个人都有独特的足部特征，因此根据个人足部特征设计个性化鞋垫是必要的。个性化鞋垫使用传统的数控技术加工必然会受制于设计限制和带来材料的浪费，随着增材制造技术的发展，计算机辅助设计个性化鞋垫模型的制造得以实现。

近期重庆大学的研究人员提出了一种方便高效的定制鞋垫设计方法，实现将参数化建模与选择性激光烧结（SLS）技术相结合的个性化鞋垫设计制造。首先使用三维扫描仪获取包含完整足底信息的足部模型，基于扫描的足部模型，开发了采用自动草绘模块的参数化建模程序，自动创建个性化鞋垫模型，最后通过选择性激光烧结（SLS）技术制造鞋垫。

研究人员开发了基于Rhino的Grasshopper插件的建模程序，如图1所示，只需输入三个参数，包括STL格式的脚模型、鞋垫厚度和阵列单元，就可以自动实现个性化鞋垫设计

图1 参数化建模的实现

基于自动草绘模块，如图2所示程序首先从STL模型种提取一组代表给定脚的足底形状的截面曲线，然后对这些曲线进行处理获得连续光滑的表面，该表面转换成具有不同厚度的鞋垫，最后形成多孔阵列单元的鞋垫模型。

图2 自动草绘模块

通过对建立的平鞋垫和个性化鞋垫进行有限元模拟仿真分析，个性化鞋垫的接触面积比平面鞋垫大的多，个性化鞋垫可以减少在前脚和脚跟区域的应力集中。

由于个性化鞋垫是完全根据个人的足弓高度和足跟深度从截面轮廓生成的，因此个性化鞋垫具有均匀的应力分布和完美的鞋垫贴合性，从而带来更舒适的体验。

参考文献：
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.