[发明专利]一种三维打印生物医疗鞋垫及打印方法

说明书

本发明公开了一种三维打印生物医疗鞋垫及打印方法，包括至少三个足底应力集中区A、B、C；其中，足底应力大小排序为A＞B＞C；每个足底应力集中区内均填充有若干个气孔，且A、B、C中的孔隙率大小依次递增，A、B、C中的密度依次递减。在设计鞋垫之前要对患者的脚部进行医学扫描，然后对扫描的脚部模型进行三维建模，再对三维模型进行力学分析，根据力学分析结果设计鞋垫中密度可控的内部多孔结构，形成鞋垫模型，最后利用静电纺丝工艺打印成品。本发明结构简单新颖，材质轻巧，精度高，尤其，鞋垫内部密度可控的多孔结构，能针对患者的情况因脚制宜，让患者在治疗过程中，减少痛苦。

技术领域

本发明涉及三维打印技术生物医疗领域，特别是一种三维打印生物医疗鞋垫及打印方法。

背景技术

人体运动时，脚部需要足够的柔韧性来吸收震荡，适应坚硬的地面，同时，也需要相应的刚度来抵抗潜在但巨大的推进力，这对脚部的健康就有了较高的要求。

目前，很多的患者脚部会出现一定的问题，比如长跑运动员可能会出现跖骨头疼痛，体操运动员脚部与地面有高冲击性的人员容易患中字骨发炎，还有一些先天性的莫顿趾，或者是第二跖骨受力过度而得的莫顿趾。对于以上病症，医生大都使用全面接触式鞋垫作为治疗方案，相比之前的平坦式鞋垫其压力峰值的确降低了70％，但是这种鞋垫都是统一生产的，不一定满足所有患者的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种三维打印生物医疗鞋垫，该三维打印生物医疗鞋垫能针对患者的病症，同时提高患者脚部的舒适度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种三维打印生物医疗鞋垫，包括至少三个足底应力集中区A、B、C；其中，足底应力大小排序为A＞B＞C；每个足底应力集中区内均填充有若干个气孔，且A、B、C中的孔隙率大小依次递增，A、B、C中的密度依次递减。

包括三个足底应力集中区A、B、C；A区的孔隙率为88.23％，B区的孔隙率为72.84％， C区的孔隙率为65.76％。

A区的孔径范围为0.48-0.70mm，B区的孔径范围为0.71-0.92mm，C区的孔径范围为0.94-1.86mm。

一种三维打印生物医疗鞋垫的打印方法，包括如下步骤。

步骤1，三维建模：通过反求技术扫描患者脚部模型，再对扫描图片建立三维模型。

步骤2，实体模型转换：将步骤1建立的三维模型导入ANSYS中，转换为实体模型。

步骤3，有限元等效应力分析：在ANSYS中对实体模型进行有限元分析，得到实体模型的等效应力情况，也即足底压力分布，足底压力分布包括三个应力集中区A、B、C；其中，足底应力大小排序为A＞B＞C。

步骤4，鞋垫气孔设计：采用三角周期性极小化曲面方程对每个应力集中区分别进行造孔，在Solidworks中形成打印模型；其中，A、B、C中的孔隙率大小依次递增，A、B、C 中的密度依次递减。

步骤5，鞋垫打印：将步骤4形成的打印模型进行增材制造。

步骤2中，三维模型在导入ANSYS之前，先利用Geomagic studio12.0进行去噪，光顺，切割处理，从而得到三角网格模型，再将三角网格模型导入ANSYS中转换成实体模型。

步骤3中，在对实体模型进行有限元分析之前，需根据步骤2转换后的实体模型建立符合脚型的鞋垫，并建立对应的地板模型。

步骤3中，实体模型有限元分析的具体方法为：先对组成元素单元类型进行设定，再根据实际情况施加载荷与约束进行加载，求解出足底压力分布。

步骤5中，采用静电纺丝工艺，将步骤4形成的打印模型进行打印。