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申请/专利权人:中国科学院福建物质结构研究所
摘要:本发明涉及一种基于TPMS设计的3D打印鞋底及其设计方法。利用3D打印制件的可设计性,特别对于复杂结构的设计优势,鞋底模型在打印机中一体化成型。鞋底模型采用基于TPMS的单胞晶格,通过填充单元法赋予整个目标鞋底,同时在鞋底侧表面轮廓上设置薄膜。其特点在于保证轻量化、结构化设计目标,提高材料利用率的同时,由于具有连续光滑的整体结构,可以有效避免应力集中,使3D打印鞋底具有良好的支撑性、缓震性和回弹性,侧表面薄膜起到阻挡泥沙碎石,提高鞋底耐久性的作用。参数化的设计可以自由更改鞋底模型的结构和调整体积分数,使鞋底形态多样化满足个性化定制。
主权项:1.一种基于TPMS设计的3D打印鞋底的设计方法,其特征在于,所述3D打印鞋底,包括:3D打印鞋底主体,由多个3D打印晶格结构组成,多个3D打印晶格结构由控制周期分布的TPMS曲面组成;生成的3D打印鞋底主体表面上连续光滑且全连通,结构上设计有应力传导路径;鞋底侧表面薄膜,与3D打印鞋底主体的上、下两个鞋面外轮廓紧密相连,与3D打印鞋底主体结构的单元格外表面完全贴合,曲率变化与晶格外表面相一致;所述设计方法,包括:S1、形成TPMS晶格单胞模型:建立基于P型TPMS曲面创建3×3×3壳体结构,取TPMS晶格单胞模型在x,y,z方向上的尺寸分别为lx,ly,lz,单胞周期为kx,ky,kz,P型TPMS曲面的控制方程为: 其中c为等值曲面上的等值参数;通过P型TPMS曲面的控制方程将生成的P型TPMS曲面沿法线方向偏移预定距离形成实体模型,此时的3D数字模型即为TPMS晶格单胞模型;S2、在上、下两个鞋面之间生成多个有限的不规则六面体单元格:为创建鞋面,根据人体行走的步态,定义一个上、下面的两条光滑曲线,并将两条曲线进行平行拉伸得到上、下两个鞋面;通过上、下两个鞋面与脚底扫描的轮廓线进行布尔求交集,得到最终的上、下两个鞋底曲面;接着设置等分值,对上、下两个鞋面进行等距分割,并利用grasshopper中Twistedbox运算器在上、下两个鞋面间划分扭曲的六面体单元格,将鞋底空间划分为一个个单胞空间;S3、将P型TPMS晶格单胞模型填充到单元格中:为确保TPMS晶格单胞模型填入每一个单元格,把设计的TPMS晶格单胞模型固定在外边界立方体中,由于TPMS晶格单胞模型在立方体的任意两个相对面上一一对应,所以填充后的模型是连续的完整实体;S4、根据上、下鞋面以及单元格侧表面轮廓,对鞋底侧表面生成预定厚度的薄膜,薄膜在上、下两个鞋面完全相交,在外轮廓完全贴合,与整个鞋底一体成型。
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