欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!
人类的直立运动是一种关于平衡、协调的惊人壮举
双手的解放是人类文明社会构建的基础，大脑的不断变大是人类文明发展的火种，站立并用两足行走是成为智人的重要起始点。
人类为直立行走付出的代价：
- 负重的足
- 平衡的踝
- 脆弱的膝
- 垂直叠压式内脏
- 收窄的髋关节
- 腰椎间盘突出
而在足部疾病的防治方面，鞋垫类产品发挥着至关重要的作用。研究表明，基于生物力学的矫形鞋垫可有效改善步态特征及足底压力分布和应力集中情况。根据国内外足踝疾病和运动伤痛的治疗经验，大部分的早期的足部畸形与疾病可以通过生物力学定制鞋垫来治疗、减缓、甚至治愈。包括常见的扁平足、拇足内外翻、后跟骨刺、长短脚等常见足部疾病，甚至膝关节、骨盆与脊柱疾患也可以通过矫正力线，获得明显调整。
拓扑优化：
结构优化设计一直是力学领域的重要分支，它以力学为基础，集数学、计算机科学甚至图形学等众多不同学科于一体。拓扑优化（topology optimization）则是结构优化中最具发展前景的一个方面，是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法。以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，从而在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。
为保证矫形鞋垫的实际效果，需要根据每个患者足部结构进行个性化定制。同时，需要考虑到支撑刚度、穿戴舒适性，以及鞋垫的轻量化效果等因素影响。传统的个性化定制矫形鞋垫主要是通过石膏模型制造，制作成本高昂且制造周期长，计算机辅助设计的发展使矫形鞋垫的设计与制造更加方便。当前较为先进的制造方法是由三维扫描仪获取足部三维结构，进行曲面重构后生成具有足弓特征表面的鞋垫三维模型，利用矫形鞋垫加工装置对鞋垫坯料进行雕刻加工。但是统一材料、密度往往会带来轻量化与支撑效果之间的矛盾。
拓扑优化 (topology optimization)是以以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。由此可见，拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。拓扑优化目前的应用比较集中的领域为航空航天。
尺寸优化和形状优化：
尺寸优化（size optimization）：以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的形状等。
形状优化 (shape optimization)：是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度。
OneStepFit是一个跨界而来，融合了增材制造（3D打印）、人体工程学、材料科学、医学、组织工程、人工智能、拓扑学、有限元仿真等众多学科和技术，完全根据个人生物力学特征量身定制的高科技装备。
国家自然科学基金资助项目：基于拓扑优化的仿生人工骨非线性梯度结构性能研究。
3D打印：
增材制造技术，又被称为3D 打印技术，是一种快速成型技术。是一种以三维数据文件为驱动源，通过切片软件结合机械、电子、光学、控制、材料等技术，将各种不同的片材、丝材、粉末等材料逐层堆积（叠加）成形，并最终得到实物的一种智能制造技术。
3D打印技术是一种被定义为“第四次工业革命”的重要指标，被认为是这一轮工业产业巨变的核心科技力量之一。作为一项新兴的制造技术，最具有无与伦比的前瞻性和先导性，通过和传统的生产方式、生产工艺结合，已在酝酿深刻的技术变革。“弹性制造”和“按需增材”是3D打印技术的天然优势。3D打印技术与传统制造工艺相比，其优势主要体现在产品原型生产效率和复杂产品制造，材料梯度特性与按需生产和满足顾客个性化需求等方面。
通过对定制鞋垫的测试和性能比对，我们研究得到目前最适合定制鞋垫的3D打印技术是选择性激光烧结 (Selective Laser Sintering，SLS)技术，利用这种工艺可以不需要支撑，拓扑优化不受设计限制。而且相对于其它FDM、SLA、MJF等3D打印技术，SLS技术能够支持更多的材料，为将来的发展提供更广阔的发展空间。SLS技术可以调整的工艺参数更多，更复杂，能得到材料特性也更加丰富，可以更加个性化的满足不同人群，不同病症，不同运动、不同病程的需求。
拓扑优化技术与3D打印技术的出现则带来了在保证鞋垫力学性能的基础上实现轻量化的可能性。随着3D打印技术的成熟及阵列单元结构自身的高强度、高刚度、高轻质等特性，越来越受到关注。利用拓扑优化技术生成的阵列结构的鞋垫，不仅极大程度上释放了设计自由度，保证鞋垫的力学性能，还可以实现轻量化以及支撑和缓冲吸能的效果。
那么现实中我们到底是如何用3D打印技术来创造出一双基于个人生物特征，足底压力和步态分析的神奇产物呢？
工作流程
“OneStepFit”专家工作流程-从扫描、分析、模拟、建模、打印到鞋垫成品：
No.1：利用我们专有的三维立体扫描光学系统和基于生物力学的专家系统，对您的双脚进行扫描、分析、判断。
No.2：基于扫描系统获得的数据进行分析和模拟，我们的专家系统将获取您的步态和足底压力；结合人体生物力学基于足部的应力分布与深入分析，对足底压力中心线 COP(Center of Pressure)进行人为干预和调控。
No.3：结合调整和优化的结果，有别于其它任何同行，我们将充分利用拓扑优化，并根据每一位用户双脚的具体生理特征，单独建立独一无二的个性化定制鞋垫数字化模型，而不是通过模型数据的近似比对和简单组合得到模型。
No.4 ：针对已创建好的适应您双脚具体需求的数字化模型，利用自制的业内先进的工业级选择性激光烧结（SLS）3D打印设备实现最终成品的生产。
No.5：将打印好的鞋垫进行细致的处理和包装后，OneStepFit将提供为您的身体与您迈出的每一步的提供完美的平衡。
免责声明：本站所有文章内容,图片，视频等均是来源于用户投稿和互联网及文摘转载整编而成，不代表本站观点，不承担相关法律责任。其著作权各归其原作者或其出版社所有。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容,侵犯到您的权益，请在线联系站长,一经查实,本站将立刻删除。 本文来自网络,若有侵权，请联系删除，如若转载，请注明出处：https://itzsg.com/37498.html
