本申請(qǐng)涉及定制對(duì)象的增材制造(additivemanufacturing)。更具體地，本申請(qǐng)涉及避免減震(cushioning)對(duì)象(諸如但不限于使用增材制造技術(shù)創(chuàng)建的鞋墊(insole)或座墊(seatcushions))的層間弱點(diǎn)(inter-layerweakness)的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，高度定制減震(諸如例如鞋類)已經(jīng)在市場(chǎng)上變得越來(lái)越普遍。在許多實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)改進(jìn)增材制造技術(shù)(諸如例如，3d打印)，定制鞋類已經(jīng)成為可能。通過(guò)3d打印成為可能的定制鞋類包括鞋墊和鞋。這些定制鞋墊和鞋通過(guò)采用穿著者的足部的三維掃描，然后基于足部的形狀和輪廓?jiǎng)?chuàng)建3d模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后按照模型來(lái)制造(例如，3d打印)鞋類物品。通過(guò)擬合鞋或鞋墊與足部的精確輪廓，提供了一種更好的適配和更多的舒適。

盡管3d打印的鞋類對(duì)于穿著者而言在舒適和適配方面提供了一定的優(yōu)勢(shì)，但是3d打印的鞋類可能遇到耐用性問(wèn)題。特別地，由于增材制造包括以逐層的方式創(chuàng)建對(duì)象，所以成品對(duì)象可能遇到層間弱點(diǎn)。特別地，在受到顯著應(yīng)力的區(qū)域中，層可以分離或者甚至折斷，從而降低對(duì)象的結(jié)構(gòu)完整性。這些問(wèn)題可能在包括在鞋類中傾向于許多曲面的區(qū)域中尤其嚴(yán)重。已經(jīng)有嘗試通過(guò)預(yù)處理(例如，細(xì)絲清洗和/或干燥)和后處理(例如，涂覆)來(lái)解決層間弱點(diǎn)。其它嘗試方案尋求通過(guò)改變鞋類的構(gòu)建方位來(lái)減少問(wèn)題。然而，已經(jīng)證明這些技術(shù)中沒(méi)有任何技術(shù)在防止問(wèn)題時(shí)完全有效。因此，需要沒(méi)有遇到層間弱點(diǎn)的高度定制的鞋類。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中所公開的實(shí)施例涉及使用共形(conformal)層以避免使用增材制造過(guò)程制作的減震對(duì)象(諸如鞋類、頭枕(headrests)和座墊)的層間弱點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。在具體實(shí)施例中，彎曲層熔融沉積建模技術(shù)可以用來(lái)提供優(yōu)勢(shì)(諸如更平滑的表面精加工、控制不僅針對(duì)用戶的解剖結(jié)構(gòu)而定制而且還可以對(duì)于特定活動(dòng)而定制的對(duì)象的各種部件的柔性、扭轉(zhuǎn)剛性和剪切強(qiáng)度)。在一些具體實(shí)施例中，對(duì)象可以是使用增材制造設(shè)備生產(chǎn)的鞋類物品(itemoffootwear)。鞋類物品可以包括符合鞋類物品的外表面的彎曲形狀的多個(gè)彎曲層。

附圖說(shuō)明

圖1是適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的圖。

圖2是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(諸如圖1中所示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng))的高級(jí)框圖。

圖3是示出了用于使用增材制造技術(shù)設(shè)計(jì)并且制造設(shè)備的高級(jí)過(guò)程的流程圖。

圖4是可以在實(shí)現(xiàn)本文中所公開的各種實(shí)施例中使用的增材制造設(shè)備的圖。

圖5a圖示了使用傳統(tǒng)分層而制造的物品的示例。

圖5b提供了使用彎曲層而制造的物品的圖示。

圖6a是具有彎曲層的物品的圖示，其中填充層是基于頂層的形狀。

圖6b是具有彎曲層的物品的圖示，其中填充層是基于底層的形狀。

圖6c是具有彎曲層的物品的圖示，其中填充層是基于頂層和底層的形狀。

圖7提供了在不同層中具有不同纖維方向的鞋類物品中的不同層的示例。

圖8a至圖8c提供了對(duì)于層內(nèi)的不同纖維使用不同材料的鞋類物品的圖示。

圖8d提供了在不同層中具有不同材料的鞋類物品的圖示。

圖9是根據(jù)本文中所公開的實(shí)施例的通過(guò)其可以設(shè)計(jì)并且制造鞋類物品的過(guò)程的高級(jí)圖。

圖10是示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于設(shè)計(jì)并且制造鞋類物品的方法的流程圖。

圖11是提供了來(lái)自圖10的用戶信息收集步驟的更詳細(xì)視圖的流程圖。

圖12是來(lái)自圖10中的設(shè)計(jì)步驟的更詳細(xì)視圖。

圖13是來(lái)自圖10中的工具路徑生成步驟的更詳細(xì)視圖。

圖14是來(lái)自圖10中的制造步驟的更詳細(xì)視圖。

具體實(shí)施方式

本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及使用共形層以避免使用增材制造過(guò)程制作的對(duì)象的層間弱點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。特別地，彎曲層熔融沉積建模技術(shù)可以用來(lái)提供優(yōu)勢(shì)(諸如更平滑的表面精加工、控制不僅針對(duì)用戶的解剖結(jié)構(gòu)而定制而且還可以對(duì)于特定活動(dòng)而定制的對(duì)象的各種部件的柔性、扭轉(zhuǎn)剛性和剪切強(qiáng)度)。在各種實(shí)施例中，對(duì)象可以包括諸如鞋墊或鞋墊夾層(midsoles)的鞋類物品。在其它實(shí)施例中，對(duì)象可以是座墊或頭枕。一般而言，本文中所公開的本發(fā)明的實(shí)施例可以結(jié)合基于用戶的解剖特點(diǎn)設(shè)計(jì)的各種類型的定制減震而被利用。

各種實(shí)施例可以在用于設(shè)計(jì)并且制造3d對(duì)象的系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施。轉(zhuǎn)到圖1，示出了適合于實(shí)施3d對(duì)象的設(shè)計(jì)和制造的計(jì)算機(jī)環(huán)境的示例。該環(huán)境包括系統(tǒng)100。該系統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)102a-102d，其可以例如是任何工作站、服務(wù)器或能夠處理信息的其它計(jì)算設(shè)備。在一些方面中，計(jì)算機(jī)102a-102d中的每個(gè)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)任何合適的通信技術(shù)(例如，因特網(wǎng)協(xié)議)連接至網(wǎng)絡(luò)105(例如，因特網(wǎng))。因此，計(jì)算機(jī)102a-102d可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105在彼此之間傳送并且接收信息(例如，軟件、3d對(duì)象的數(shù)字表示、用來(lái)操作增材制造設(shè)備的命令或指令等)。

該系統(tǒng)100進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)增材制造設(shè)備(例如，3d打印機(jī))106a-106b。如所示出的，增材制造設(shè)備106a直接連接至計(jì)算機(jī)102d(并且經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105通過(guò)計(jì)算機(jī)102d連接至計(jì)算機(jī)102a-102c)并且增材制造設(shè)備106b經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105連接至計(jì)算機(jī)102a-102d。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，增材制造設(shè)備106可以直接連接至計(jì)算機(jī)102，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105連接至計(jì)算機(jī)102，和/或經(jīng)由另一臺(tái)計(jì)算機(jī)102和網(wǎng)絡(luò)105連接至計(jì)算機(jī)102。

應(yīng)當(dāng)注意，盡管系統(tǒng)100相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行描述，但是本文中所描述的技術(shù)還應(yīng)用于可以直接連接至增材制造設(shè)備106的單個(gè)計(jì)算機(jī)102。

圖2圖示了圖1的計(jì)算機(jī)的一個(gè)示例的功能框圖。計(jì)算機(jī)102a包括與存儲(chǔ)器220、輸入設(shè)備230和輸出設(shè)備240進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的處理器210。在一些實(shí)施例中，處理器還與可選的網(wǎng)絡(luò)接口卡260進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。盡管分別進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，相對(duì)于計(jì)算機(jī)202a所描述的功能框不必是單獨(dú)的結(jié)構(gòu)元件。例如，處理器210和存儲(chǔ)器220可以在單個(gè)芯片中體現(xiàn)。

處理器210可以是通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯、分立硬件部件、或者被設(shè)計(jì)成執(zhí)行本文中所描述的功能的其任何合適的組合。處理器還可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如，dsp和微處理器的組合、多個(gè)微處理器、與dsp核進(jìn)行結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)微處理器、或任何其它這樣的配置。

處理器210可以經(jīng)由一條或多條總線耦合以從存儲(chǔ)器220讀取信息或?qū)⑿畔懭氲酱鎯?chǔ)器220。處理器可以附加地或可替換地包含存儲(chǔ)器(諸如處理器寄存器)。存儲(chǔ)器220可以包括處理器高速緩存，其包括其中不同級(jí)別具有不同容量和存取速度的多級(jí)分層高速緩存。存儲(chǔ)器220還可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、其它易失性存儲(chǔ)設(shè)備或非易失性存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)裝置可以包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤(諸如光盤(cd)或數(shù)字視頻光盤(dvd))、閃速存儲(chǔ)器、軟盤、磁帶和zip驅(qū)動(dòng)器。

處理器210還可以耦合至輸入設(shè)備230和輸出設(shè)備240分別用于從計(jì)算機(jī)102a的用戶接收輸入并且向計(jì)算機(jī)102a的用戶提供輸出。合適的輸入設(shè)備包括但不限于鍵盤、按鈕、按鍵、開關(guān)、指向設(shè)備、鼠標(biāo)、操縱桿、遙控器、紅外檢測(cè)器、條形碼閱讀器、掃描儀、視頻攝像機(jī)(可能與視頻處理軟件耦合以例如檢測(cè)手勢(shì)或面部表情)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器、或麥克風(fēng)(可能耦合至音頻處理軟件以例如檢測(cè)話音命令)。合適的輸出設(shè)備包括但不限于視覺(jué)輸出設(shè)備(包括顯示器和打印機(jī))、音頻輸出設(shè)備(包括揚(yáng)聲器、頭戴式受話器、耳機(jī)和報(bào)警器)、增材制造設(shè)備和觸覺(jué)輸出設(shè)備。

處理器210還可以耦合至網(wǎng)絡(luò)接口卡260。該網(wǎng)絡(luò)接口卡260準(zhǔn)備由處理器210生成的數(shù)據(jù)用于根據(jù)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)接口卡260還解碼根據(jù)一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)接口卡260可以包括發(fā)送器、接收器或二者。在其它實(shí)施例中，發(fā)送器和接收器可以是兩個(gè)單獨(dú)的組件。網(wǎng)絡(luò)接口卡260可以被體現(xiàn)為通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)或其它可編程邏輯器件、分立門或晶體管邏輯、分立硬件部件、或被設(shè)計(jì)成執(zhí)行本文中所描述的功能的其任何合適的組合。

圖3圖示了用于制造3d對(duì)象或設(shè)備的過(guò)程300。如所示出的，

在步驟305，使用計(jì)算機(jī)(諸如計(jì)算機(jī)102a)設(shè)計(jì)對(duì)象的數(shù)字表示。例如，2d或3d數(shù)據(jù)可以輸入到計(jì)算機(jī)102a用于幫助設(shè)計(jì)3d對(duì)象的數(shù)字表示。繼續(xù)步驟310，信息被從計(jì)算機(jī)102a發(fā)送到增材制造設(shè)備(諸如增材制造設(shè)備106)，并且設(shè)備106根據(jù)所接收的信息開始制造過(guò)程。在步驟315，增材制造設(shè)備106繼續(xù)使用合適的材料(諸如液態(tài)樹脂(例如，用于立體光刻應(yīng)用)、粉末(用于燒結(jié)應(yīng)用)、熱塑性塑料(用于熔融沉積建模)、或一些其它合適的3d打印材料)來(lái)制造3d對(duì)象。進(jìn)一步地，在步驟320，生成3d對(duì)象。

這些合適的材料可以包括但不限于光聚合物樹脂、聚氨酯、可再吸收的材料(諸如聚合物-陶瓷復(fù)合材料)等。市場(chǎng)上可獲得的材料的示例是：來(lái)自dsmsomos的dsm系列材料7100，8100，9100，9420，10100，11100，12110，14120和15100；來(lái)自stratasys的absplus-p430，absi，abs-esd7，abs-m30，abs-m30i，pc-abs，pciso，pc，ultem9085，ppsf和ppsu材料；來(lái)自3d-systems的accuraplastic，duraform，castform，laserform和visijet系列材料；來(lái)自eosgmbh的pa系列材料，primecast和primepart材料以及alumide和carbonmide。來(lái)自3-systems的visijet系列材料可能包括visijetflex，visijettough，visijetclear，visijethitemp，visijete-stone，visijetblack，visijetjewel，visijetfti等。其它材料的示例可能包括objet材料(諸如objetfullcure，objetveroclear，objetdigitalmaterials，objetduruswhite，objettangoblack，objettangoplus，objettangoblackplus等)。材料的另一示例可以包括來(lái)自renshape5000和7800系列的材料。

上文所描述的實(shí)施例可以使用熔融沉積建模(“fdm”)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4是提供可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例使用的fdm設(shè)備400的示例的框圖。如所示出的，fdm設(shè)備400包括由z軸馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)的可以沿著z軸移動(dòng)的構(gòu)建平臺(tái)402。該fdm設(shè)備400還可以包括具有一個(gè)或多個(gè)擠壓噴嘴406的液化器頭404。在本示例中，液化器頭404包括兩個(gè)擠壓噴嘴406。在一些實(shí)施例中，fdm設(shè)備400可以包括具有多個(gè)擠壓噴嘴406的多個(gè)液化頭404。擠壓噴嘴406可以被配置成擠壓不同材料(例如，構(gòu)建材料和支撐材料)。不同擠壓噴嘴還可以被配置成擠壓兩種不同的構(gòu)建材料。一些fdm設(shè)備400可以包括兩個(gè)以上的擠壓噴嘴406。液化器頭404從一個(gè)或多個(gè)線軸(spool)410接收構(gòu)建和/或支撐材料408。如上文所陳述的，該材料可以是熱塑性材料。它也可以是熱固性材料。材料被卷繞到液化器頭404中，在那里它被加熱成液體或部分液體形式并且通過(guò)擠壓噴嘴406擠壓。

擠壓噴嘴可以沿著x軸和y軸由一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)可以形成控制噴嘴和頭的運(yùn)動(dòng)的多軸機(jī)器人的一部分。因此，擠壓噴嘴406可以被移動(dòng)到構(gòu)建平臺(tái)上方的適當(dāng)位置以根據(jù)要打印的部件的設(shè)計(jì)在適當(dāng)?shù)奈恢弥谐练e構(gòu)建和/或支撐材料408。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，液化器頭(或多個(gè)液化器頭)可以被配置成還沿著z軸移動(dòng)。在這些實(shí)現(xiàn)方式中，構(gòu)建平臺(tái)可以在構(gòu)建過(guò)程期間保持靜止。fdm設(shè)備400還可以包括在開始構(gòu)建過(guò)程之前放置在構(gòu)建平臺(tái)的頂部上的泡沫板(foamslab)412或某些其它基材。該泡沫板通常用來(lái)牢固地保持對(duì)象在為何正在打印它的適當(dāng)位置。如圖4的示例所示出的，fdm設(shè)備可以打印包括支撐416的部件414。該部件414可以使用構(gòu)建材料線軸從噴嘴406中打印，而支撐416可以使用支撐材料線軸從另一噴嘴406中打印。另外，fdm設(shè)備400還可以包括具有構(gòu)建材料的多個(gè)噴嘴，而每個(gè)噴嘴具有不同構(gòu)建材料，該不同構(gòu)建材料具有不同材料特點(diǎn)?？商娲?，fdm設(shè)備可以是其中使用第一材料打印支撐、然后將構(gòu)建材料移出以在該支撐的頂部上打印對(duì)象的單個(gè)噴嘴設(shè)備。

如上文所提到的，用于制造鞋墊的現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生在通常遇到層間弱點(diǎn)的對(duì)象。圖5a圖示了使用傳統(tǒng)分層而制造的并且易受層間弱點(diǎn)影響的物品的示例。如所示出的，圖5a示出了使用傳統(tǒng)fdm分層方法而制造的對(duì)象500。該對(duì)象包括底部表面502和頂部表面504。在該示例中，對(duì)象500已經(jīng)使用傳統(tǒng)fdm而被制造。因此，該對(duì)象包括在標(biāo)準(zhǔn)xy平面中打印的頂部表面504和底部表面502之間的七個(gè)層506。因此，各層分別在與對(duì)象500的底部表面502和頂部表面504不一致的一條直線上進(jìn)行打印。

在本文中所公開的某些本發(fā)明的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)層被彎曲使得它們符合并且大致平行于對(duì)象的彎曲外表面。附加地，一個(gè)或多個(gè)層可以被彎曲使得它們符合結(jié)合對(duì)象的使用標(biāo)識(shí)的應(yīng)力圖案。圖5b提供了使用彎曲層而制造的物品的圖示。如所示出的，對(duì)象520在形狀上類似于來(lái)自圖5a的對(duì)象500。對(duì)象520包括底部表面522和頂部表面524。與圖5a中所示的各層不同，在圖5b的對(duì)象520中示出的層526是彎曲的并且遵循對(duì)象520的外表面522和524的輪廓。這些層使用彎曲層打印工藝(諸如例如，其中層的打印不僅包括傳統(tǒng)xy平面而且還包括允許實(shí)現(xiàn)圖5b所示的曲率的z坐標(biāo)的彎曲層熔融沉積建模(“clfdm”)工藝)。如將下文更詳細(xì)解釋的，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)鞋墊中使用clfdm技術(shù)解決了在現(xiàn)有的鞋類制造技術(shù)中遇到的很多問(wèn)題。而且，盡管下文所提供的示例是在clfdm打印的背景下，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其它類型的彎曲層打印可以根據(jù)本文中所描述的本發(fā)明的實(shí)施例使用。

圖6a至圖6c提供了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的可以用來(lái)生產(chǎn)鞋墊的各種填充方法的圖示。圖6a是具有彎曲層的鞋墊的圖示，其中填充層基于頂層的形狀。如所圖示的，鞋墊610包括很大程度上平直跨過(guò)其最右邊的邊緣但是在其最右邊的邊緣向上彎曲的底部表面612。鞋墊610還包括自始自終是彎曲的頂部表面614，而凸起側(cè)下行進(jìn)入到鞋墊的中心部分。因此，鞋墊610自始自終沒(méi)有恒定的厚度，并且底部表面612和頂部表面614之間的層的數(shù)目沿著鞋墊變化。在圖6a所示的示例中，層616通常被制成以符合頂部表面614的曲率。因此，兩個(gè)最高內(nèi)層延伸越過(guò)整個(gè)鞋墊，但是因?yàn)樗鼈兊那适顾鼈儩M足相對(duì)平坦的底部表面612，所以其余的層被劃分。

圖6b是具有彎曲層的鞋墊620的圖示，其中填充層基于鞋墊的底部表面的形狀。在該示例中，鞋墊620包括底部表面622和頂部表面624。底部表面622和頂部表面624的形狀與圖6a所示的底部表面612和頂部表面614大致相同。然而，與圖6a不同，圖6b所示的內(nèi)層626遵循底部表面626的輪廓。因此，底部表面626附近的內(nèi)層延伸越過(guò)整個(gè)鞋墊，而更靠近頂部表面624的那些內(nèi)層626由頂層624的曲率分離。

除了定義遵循頂部表面(如圖6a所示)和底部表面(如圖6b所示)的輪廓的層之外，填充層還可以被打印成以基于鞋墊的頂部表面和底部表面兩者。特別地，圖6c是具有其中填充層基于頂層和底層兩者的形狀的彎曲層的物品的圖示。如圖6c所示，鞋墊630包括底部表面632和頂部表面634。鞋墊630包括內(nèi)層636。在該示例中，最靠近頂部表面634的鞋墊630的內(nèi)層636緊密地遵循頂部表面634輪廓和形狀。類似地，最靠近底部表面632的層636緊密地遵循底部表面632的輪廓和形狀。中間層(intermediatelayer)具有變化的形狀。在該示例中，中層(middlelayer)被成形成符合頂部表面634和底部表面632兩者的平均曲率。因?yàn)樾瑝|在其中心部分最薄，所以其余層不會(huì)延伸越過(guò)整個(gè)鞋墊，而不是因?yàn)樵竭^(guò)鞋墊630的中心部分存在針對(duì)它們的空間不足而被分離。

通過(guò)使用圖6a至6c所示的彎曲層技術(shù)，因?yàn)樾瑝|的外表面在單個(gè)層中被打印，所以更光滑的表面精加工可以在鞋墊中實(shí)現(xiàn)。除了提供顯著美觀優(yōu)勢(shì)并且減少后期制作處理的需求之外，更平滑的外表面還可以提供用于減少鞋墊和穿著者的足部之間的摩擦。

在某些實(shí)施例中，在鞋墊制造工藝中利用彎曲層技術(shù)還可以提供更精確地控制鞋墊的機(jī)械特性的能力。例如，增材制造設(shè)備可以被配置成允許基于特定穿著所需的所需要的靈活性、扭轉(zhuǎn)剛性和剪切強(qiáng)度選擇纖維的方向。例如，每一層中的纖維可以沿在整個(gè)步態(tài)周期內(nèi)最佳調(diào)諧到足部?jī)?nèi)轉(zhuǎn)(pronation)的特定方向放置。在一些實(shí)施例中，增材制造設(shè)備的控制系統(tǒng)可以被配置成允許在逐層的基礎(chǔ)上指定纖維方向。圖7提供了在不同層中具有不同纖維方向的鞋類物品中的不同層的示例。

如所示出的，第一層710包括其中纖維以偏移足部的長(zhǎng)度方向軸線大約45°的角度鋪設(shè)的纖維方向712。第二層720還包括偏移足部的縱向軸線大約45°的角度的纖維方向722。在這種情況下，如層710所示的那樣，它在相反的方向上偏移45°。另一層可以包括垂直于足部的縱向軸線的纖維方向。例如，該層730包括垂直于足部的縱向軸線打印的纖維。如層740所示，纖維還可以沿著足部的縱向軸線沉積。在該層中，纖維742從足部的背部到足部的前部縱長(zhǎng)延伸。附加地，如層750所示，該纖維方向可以是彎曲的。因?yàn)榘ㄐ瑝|的外部表面的這些層將與足部和/或與鞋墊一起使用的鞋的輪廓更加緊密地對(duì)齊，所以利用彎曲纖維方向(諸如層750所示的纖維752)可能有益于這些層。利用纖維方向的各種組合，可以在鞋墊內(nèi)控制扭轉(zhuǎn)，以使鞋墊的機(jī)械性能可以針對(duì)穿著者的特定步態(tài)而進(jìn)行優(yōu)化。這些纖維方向組合可以基于對(duì)穿著者進(jìn)行的步態(tài)分析來(lái)確定?；谠摬綉B(tài)分析，做出關(guān)于其中鞋墊需要強(qiáng)度和剛度的方向和其中鞋墊應(yīng)當(dāng)具有柔性以適應(yīng)穿著者的需求的那些方向的確定。

除了變化層之間的纖維方向之外，對(duì)鞋墊的機(jī)械特性的控制還可以通過(guò)利用層之間或甚至層內(nèi)的不同纖維之間的不同材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，雙噴嘴機(jī)器將被配置成使得一個(gè)噴嘴擠壓第一種材料(諸如例如，用于鞋墊的基材)并且第二噴嘴擠壓第二材料(諸如例如，用于加固層的碳狀細(xì)絲)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8a至圖8c，示出了纖維材料的層內(nèi)變化的示例。圖8a示出了具有兩種不同纖維材料的鞋墊的層810。在該示例中，第一材料812和第二材料814以交替的方式被沉積。因此，所沉積的纖維的一半處于第一種材料812中，并且所沉積的纖維的另一半處于第二材料814中。

圖8b提供了可以如何使用纖維材料層的變化來(lái)提供特定特性(諸如定向柔性或強(qiáng)度)的另一示例。在該示例中，鞋墊的層820還包括兩種不同纖維材料。第一纖維材料822包括多數(shù)擠壓線(在該示例中，八個(gè)所沉積的纖維中的五個(gè))。第二纖維材料824用于其余三個(gè)所沉積的纖維中。圖8c提供了其中所有纖維被沉積在單個(gè)材料834中的層830的示例。該材料834可以是用來(lái)提供鞋墊中的加強(qiáng)層的加固材料(諸如碳狀細(xì)絲)。除了變化在層內(nèi)所使用的材料之外，鞋類物品還可以變化不同層之間的材料。圖8d提供了在不同層中具有不同材料的鞋類物品840的剖面圖的圖示。在該示例中，使用兩種不同的材料。第一材料842在如所示出的頂層、底層和中層中使用。附加地，第一材料842在不延長(zhǎng)鞋墊的整個(gè)長(zhǎng)度的共形中使用。第二材料844在鄰近鞋墊840的頂部和底部上的外層的直接內(nèi)層中使用。如上文結(jié)合圖8a至圖8c所討論的，每個(gè)單獨(dú)層可以由各個(gè)所沉積的纖維之間變化的纖維材料組成。因此，盡管圖8d示出了鞋墊840的一個(gè)橫截面，但是鞋墊840的另一橫截面可能具有纖維材料的不同組合。

在一些實(shí)施例中，在鞋墊的層內(nèi)并且在鞋墊的層之間使用的不同材料可以由導(dǎo)電材料組成。在這些實(shí)施例中，彎曲層的沉積允許連續(xù)電路插入鞋墊。例如，彎曲層聚合物材料可以用來(lái)圍繞鞋墊中的導(dǎo)電材料層。導(dǎo)電材料層可以是直接被打印作為鞋墊本身的部件的導(dǎo)電電子軌道。導(dǎo)電層可以用作用于監(jiān)測(cè)的傳感器。例如，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。還可以用于監(jiān)測(cè)更一般用途以確保鞋墊隨時(shí)間推移對(duì)于穿著者而言是適當(dāng)?shù)倪m配。附加地，導(dǎo)電層還可以用來(lái)解決與如在美國(guó)專利號(hào)5,233,769中所描述的靜電有關(guān)的問(wèn)題。

圖9是通過(guò)其可以根據(jù)本文中所公開的實(shí)施例生產(chǎn)并且制造減震物品的生產(chǎn)和分配周期900的高級(jí)圖。如所示出的，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)并且制造減震物品中進(jìn)行的各種步驟可以對(duì)于對(duì)象的任何特定用戶重復(fù)幾次，所以周期900本質(zhì)上是圓形的。周期900從客戶902需要改進(jìn)的減震物品開始。然后，該過(guò)程移動(dòng)到框904，其中，將與墊子(cushion)接觸的用戶的解剖結(jié)構(gòu)被掃描或以其它方式進(jìn)行測(cè)試以獲得關(guān)于用戶的解剖壓力映射圖和步態(tài)有關(guān)數(shù)據(jù)。該過(guò)程下一步移動(dòng)到框906，其中，減震物品可以基于在掃描過(guò)程904期間獲得信息進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)過(guò)程906可以使用在線的墊子設(shè)計(jì)應(yīng)用由客戶執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，墊子設(shè)計(jì)應(yīng)用可以被配置成允許客戶指定關(guān)于它們的減震物品的某些設(shè)計(jì)元件。例如，如果墊子在鞋類中并且如果鞋類物品是矯形涼鞋(orthoticsandal)，則屬性(諸如鞋底(tread)設(shè)計(jì)、顏色、材料)或某些其它屬性可以由客戶902指定。

當(dāng)客戶已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)過(guò)程906時(shí)，該過(guò)程移動(dòng)到訂購(gòu)過(guò)程908。該訂購(gòu)過(guò)程908可以采取在設(shè)計(jì)過(guò)程906期間由客戶902指定的設(shè)計(jì)，并且在從客戶902接收到確認(rèn)訂單時(shí)，將該信息發(fā)送到工程過(guò)程910。該工程過(guò)程910涉及利用所指定的設(shè)計(jì)來(lái)在設(shè)計(jì)過(guò)程906期間創(chuàng)建滿足由客戶902提供的設(shè)計(jì)規(guī)格的用于減震物品的3d模型，并且還基于在掃描過(guò)程904期間獲得的掃描數(shù)據(jù)來(lái)符合客戶902的解剖結(jié)構(gòu)，一旦3d模型在工程過(guò)程910期間得以創(chuàng)建，該過(guò)程就移動(dòng)到其中使用增材制造制造減震物品的912。如上所述，可以使用彎曲層熔融沉積建模制造墊子，并且如上文結(jié)合圖5a至圖8d所描述的，層內(nèi)和層之間的纖維材料可以變化。一旦減震物品得以制造，就進(jìn)行交貨過(guò)程914，借此減震物品到達(dá)客戶902。然后，客戶可以利用減震物品。例如，如果減震物品是鞋墊，則鞋墊可以插入到客戶902的鞋中。

在一些實(shí)施例中，針對(duì)特定客戶902，周期900可以重復(fù)多次。如上文所討論的，在某些實(shí)施例中，使用本文中所描述的技術(shù)創(chuàng)建的墊子可以包括在增材制造過(guò)程期間沉積的連續(xù)電路。該電路可以包括可以記錄關(guān)于鞋墊內(nèi)的壓力點(diǎn)的信息(包括可以隨時(shí)間出現(xiàn)的那些壓力點(diǎn)的改變)的傳感器。當(dāng)傳感器檢測(cè)到壓力映射圖的顯著改變時(shí)，傳感器可以被配置成提醒用戶減震物品不再是最佳適配，并且新掃描過(guò)程904應(yīng)該相對(duì)于受影響的解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生。

在結(jié)合圖9描述的周期900中，可以設(shè)計(jì)、訂購(gòu)、工程化并且制造減震物品以最好符合用戶的解剖結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，提供了圖示了設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的更詳細(xì)視圖的流程圖。在該特定示例中，盡管本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解根據(jù)圖10所示的過(guò)程，還可以制造其它類型的減震，但是所設(shè)計(jì)并且制造的減震物品是墊子。

該過(guò)程在其中獲得關(guān)于用戶的解剖結(jié)構(gòu)的信息的框1002開始。如下文結(jié)合圖11附加更詳細(xì)地所討論的，可以經(jīng)由醫(yī)學(xué)成像或其它類型的用戶的解剖結(jié)構(gòu)(例如，在鞋類的情況下，足部)的尺寸化(sizing)和/或測(cè)量來(lái)獲得該信息。一旦獲得關(guān)于穿著者的解剖結(jié)構(gòu)的信息，該過(guò)程就移動(dòng)到框1004。在此，獲得關(guān)于其中或其上將使用墊子的對(duì)象的信息。例如，在鞋類的情況下，該信息可以包括特定類型的鞋、鞋的結(jié)構(gòu)、鞋的大小、鞋中所用的材料、或一些其它類型的信息。在一些實(shí)施例中，盡管在其它實(shí)施例中，較少的詳細(xì)信息可能就足夠了，但是鞋本身可以被掃描以獲得精確的結(jié)構(gòu)信息。

一旦獲得了減震信息，該過(guò)程然后就可以移動(dòng)到框1006。在此，墊子可以基于用戶的信息和分別在框1002和1004中獲得的對(duì)象信息進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)過(guò)程將在下文結(jié)合圖12附加更詳細(xì)地進(jìn)行描述。接下來(lái)，該過(guò)程移動(dòng)到框1008。在此，生成工具路徑用于制造墊子。如上文所討論的，工具路徑可以是允許增材制造設(shè)備(諸如例如，熔融沉積建模設(shè)備)以根據(jù)由框1006提供的鞋墊設(shè)計(jì)的沉積彎曲層的三軸工具路徑。下文將結(jié)合圖13提供關(guān)于工具路徑生成過(guò)程的附加細(xì)節(jié)。

一旦生成了工具路徑，該過(guò)程然后就可以移動(dòng)到框1010。在此，使用彎曲層增材制造機(jī)器來(lái)制造墊子。通常，彎曲層增材制造機(jī)器將采取clfdm設(shè)備的形式，但是應(yīng)當(dāng)理解，允許實(shí)現(xiàn)三軸工具路徑的其它類型的增材制造技術(shù)還可以用來(lái)制造鞋墊。例如，這些增材制造技術(shù)可以包括機(jī)器人(robotic)擠壓。下文結(jié)合圖14將對(duì)關(guān)于框1010的制造過(guò)程的附加細(xì)節(jié)進(jìn)行討論。一旦墊子使用彎曲層技術(shù)得以制造，該過(guò)程然后就移動(dòng)到其中執(zhí)行后處理的框1012。后處理可以包括各種類型的精加工(包括砂磨、平滑、著色、清潔、表面處理等)。在完成框1012中的后處理時(shí)，墊子的制造可以完成。

如上文結(jié)合圖10的框1002所討論的，可以獲得患者信息以便開始根據(jù)本文中所公開的實(shí)施例的設(shè)計(jì)患者特定減震的過(guò)程。圖11是提供來(lái)自圖10的患者信息采集步驟的更詳細(xì)視圖的流程圖?；颊咝畔⒉杉诳?102開始，其中，對(duì)患者的相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)執(zhí)行醫(yī)學(xué)成像。醫(yī)學(xué)成像可以是各種形態(tài)(包括x射線、ct、mri或一些其它醫(yī)學(xué)成像技術(shù))中的任何一個(gè)或多個(gè)。使用醫(yī)學(xué)成像，可以獲得將與墊子接觸的身體的部位的解剖結(jié)構(gòu)(例如，在鞋類的情況下，足部)的信息，并且用來(lái)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程。采集患者信息的過(guò)程還可以包括：如框1104所示，光學(xué)掃描。光學(xué)掃描可以包括：采取用激光器進(jìn)行激光掃描解剖結(jié)構(gòu)以捕獲測(cè)量具有高精確性的解剖結(jié)構(gòu)輪廓和尺寸的3維圖像。除了執(zhí)行醫(yī)學(xué)成像和光學(xué)掃描之外，患者信息的采集還可以包括：如框1106所示的步態(tài)分析和/或壓力分析。步態(tài)分析可以是其中患者步行穿過(guò)饋送壓力信息數(shù)據(jù)以便檢測(cè)異常足部功能的壓力板的計(jì)算機(jī)化步態(tài)分析。另外，如框1108所示，患者信息的采集還可以包括：分析在進(jìn)行步態(tài)分析的過(guò)程中創(chuàng)建的壓力映射圖。

如上文結(jié)合圖10的框1006所討論的，可以使用所獲得的患者信息以及與其中或其上墊子將適配的對(duì)象有關(guān)的對(duì)象信息來(lái)設(shè)計(jì)減震。圖12是來(lái)自圖10的框1006的減震設(shè)計(jì)步驟的更詳細(xì)視圖。該設(shè)計(jì)過(guò)程在框1201開始，其中，設(shè)計(jì)墊子的頂部表面以適應(yīng)患者的解剖結(jié)構(gòu)和病理。頂部表面可以被設(shè)計(jì)成使得它大致符合與墊子將與其一起使用的解剖結(jié)構(gòu)的輪廓。光學(xué)掃描信息和在圖11中所描述的子過(guò)程中獲得的醫(yī)學(xué)成像信息可以用來(lái)確定用于頂部表面的最佳設(shè)計(jì)。一旦墊子的頂部表面得以設(shè)計(jì)，該過(guò)程就在框1203繼續(xù)。在此，設(shè)計(jì)墊子的底部表面。通常，可以基于所獲得的關(guān)于其中或其上墊子將適配的對(duì)象的信息設(shè)計(jì)底部表面。在鞋類的情況下，底部表面可以被設(shè)計(jì)成在鞋的外底或足部床內(nèi)部、并且針對(duì)在鞋的外底或足部床最適合。該過(guò)程在框1205開始，其中，確定層結(jié)構(gòu)?？梢曰谠诿總€(gè)方向上墊子的所需的機(jī)械特性來(lái)選擇層結(jié)構(gòu)。層結(jié)構(gòu)可以是上文結(jié)合圖6a至圖6c所描述的層結(jié)構(gòu)中的其中一個(gè)，使得可以利用具有基于頂層、底層或兩者中的任何一個(gè)的填充物的彎曲層。

一旦層結(jié)構(gòu)得以設(shè)計(jì)，過(guò)程然后就移動(dòng)到其中確定纖維路徑的框1207。如上所述，每一層中的纖維可以在特定方向上進(jìn)行打印。其中纖維被沉積的方向可以影響和/或影響墊子在特定方向上的強(qiáng)度。另外并且上文結(jié)合圖7所描述的，可以為不同層選擇兩個(gè)不同的纖維方向以便實(shí)現(xiàn)鞋墊內(nèi)的所需的靈活性、扭轉(zhuǎn)剛度和/或剪切強(qiáng)度。另外并且如上文結(jié)合圖8a至圖8d所討論的，還可以在層內(nèi)的不同纖維之間使用多種材料。這些不同的材料還可以并入到減震設(shè)計(jì)過(guò)程。然后，該過(guò)程移動(dòng)到框1209。在此，可以設(shè)計(jì)用來(lái)在增材制造過(guò)程期間支撐墊子的支撐結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，墊子可以使用已有支撐結(jié)構(gòu)。可以使用與墊子不同的材料來(lái)制造支撐結(jié)構(gòu)，以使它可以在精加工過(guò)程期間容易地與墊子分離。在一些實(shí)施例中，墊子可以利用由整合到構(gòu)建平臺(tái)中使得它們被升高或降低以提供自適應(yīng)支撐裝置的一系列塊組成的自適應(yīng)支撐。在一些實(shí)施例中，可以基于墊子正被制造的對(duì)象的類型來(lái)利用已有的支撐結(jié)構(gòu)。例如，各種眾所周知的鞋模型各自可以具有在構(gòu)建過(guò)程之前可以被插入到增材制造設(shè)備中的專用的已有的支撐結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖13，示出了圖10的框1008所示的工具路徑生成步驟的更詳細(xì)視圖。生成工具路徑的過(guò)程可以在框1302開始，其中，確定用于工具路徑的x-y坐標(biāo)。如先前所述，墊子內(nèi)的各種層可以是由增材制造設(shè)備中的擠壓噴嘴通過(guò)三軸運(yùn)動(dòng)創(chuàng)建的共形(例如，彎曲)層。因此，在框1304，z坐標(biāo)被添加到每個(gè)x-y對(duì)。一旦z坐標(biāo)已經(jīng)被添加到每個(gè)x-y對(duì)，該過(guò)程就移動(dòng)到框1306。在此，基于在框1302和1304中限定的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)來(lái)創(chuàng)建三軸工具路徑。

如結(jié)合圖10的框1010所討論的，一旦工具路徑得以生成，可以使用增材制造設(shè)備(諸如clfdm設(shè)備)中的共形層來(lái)制造墊子(例如，鞋墊)。圖14是制造過(guò)程的更詳細(xì)視圖。該過(guò)程在其中標(biāo)識(shí)支撐結(jié)構(gòu)類型的框1401開始。如上文圖12所述，支撐結(jié)構(gòu)可以是各種類型的圍墻(fort)支撐結(jié)構(gòu)(諸如模塊化平臺(tái)、預(yù)先制作的支撐或傳統(tǒng)支撐)中的任一種。在確定支撐結(jié)構(gòu)類型之后，該過(guò)程移動(dòng)到其中確定支撐結(jié)構(gòu)類型是否是模塊化平臺(tái)的決策框1403。如果是這樣，則該過(guò)程向前移動(dòng)到框1407，其中，根據(jù)墊子支撐設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整模塊化平臺(tái)。如果支撐結(jié)構(gòu)類型不是模塊化平臺(tái)，則該過(guò)程移動(dòng)到其中確定預(yù)先制作的支撐是否是鞋墊設(shè)計(jì)的一部分的決策框1405。如果是這樣，則該過(guò)程再次移動(dòng)到其中預(yù)先制作的支撐被放置在打印平臺(tái)上的框1407。然而，如果在決策框1405確定沒(méi)有使用預(yù)先制作的支撐，則該過(guò)程反而移動(dòng)到其中使用增材制造設(shè)備打印支撐結(jié)構(gòu)的框1409。一旦支撐已經(jīng)被放置在打印平臺(tái)上(如框1407所示)或支撐結(jié)構(gòu)已經(jīng)被打印(如框1409所示)，則該過(guò)程移動(dòng)到框1411。在此，墊子被打印在適用支撐結(jié)構(gòu)的頂部上。

本文中所公開的各種實(shí)施例提供了使用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，這些實(shí)施例可以使用眾多不同類型的計(jì)算設(shè)備(包括通用和/或?qū)Ｓ糜?jì)算系統(tǒng)環(huán)境或配置)實(shí)現(xiàn)。可以適合于結(jié)合上文所陳述的實(shí)施例使用的眾所周知的計(jì)算系統(tǒng)、環(huán)境和/或配置的示例可以包括但不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持式或膝上型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、可編程消費(fèi)電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)pc、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、包括上述系統(tǒng)或設(shè)備中的任一個(gè)的分布式計(jì)算環(huán)境等。這些設(shè)備可以包括所存儲(chǔ)的指令，其當(dāng)由計(jì)算設(shè)備中的微處理器執(zhí)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行指定動(dòng)作來(lái)施行指令。如本文所使用的，指令是指用于處理系統(tǒng)中的信息的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的步驟。指令可以以軟件、固件或硬件實(shí)現(xiàn)，并且包括由系統(tǒng)的組件進(jìn)行的任何類型的編程步驟。

微處理器可以是任何常規(guī)通用單芯片或多芯片微處理器(諸如處理器、pro處理器、8051處理器、處理器、power處理器或處理器)。另外，微處理器可以是任何常規(guī)專用微處理器(諸如數(shù)字信號(hào)處理器或圖形處理器)。微處理器通常具有常規(guī)地址線、常規(guī)數(shù)據(jù)線和一種或多種常規(guī)控制線。

本文中所公開的本發(fā)明的方面和實(shí)施例可以被實(shí)現(xiàn)為使用標(biāo)準(zhǔn)編程或工程技術(shù)以生產(chǎn)軟件、固件、硬件或其任何組合的方法、裝置或制品。如本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“制品”是指以硬件或非暫態(tài)性計(jì)算機(jī)可讀媒體(諸如光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備、和易失性或非易失性存儲(chǔ)器設(shè)備)或暫態(tài)性計(jì)算機(jī)可讀媒體(諸如信號(hào)、載波等)實(shí)現(xiàn)的代碼或邏輯。這樣的硬件可以包括但不限于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、專用集成電路(asic)、復(fù)雜可編程邏輯器件(cpld)、可編程邏輯陣列(pla)、微處理器、或其它類似的處理設(shè)備。