游云飞 张俊梅 张宇 郭团辉 李胤 李妙璇

摘 要：国内研究方面已经意识到了矫形鞋、矫形鞋垫对于偏瘫、下肢疾病的重要意义，其可在不进行手术的情况下对病症进行治疗，现已被广泛运用，但大多数医疗机构还是使用手工制作石膏脚模，之后根据模型制作矫形鞋垫的方法，存在着误差较大，制作周期较长的缺点。本文简单介绍了定制矫形鞋垫的概念与功能，主要叙述了一种新型的基于逆向工程的定制型矫形鞋垫的制造流程与主要运用技术，包括各设备简介及在制作过程中使用的逆向工程软件简介，分析了目前该流程中存在的不足并提出了相应的可行解决方案。

关键词：矫形鞋垫；定制生产；三维扫描；逆向工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.169

大多数人每天都会花费大量时间在行走或体育锻炼上，作为支撑全身重量的足部承受着相当大的负担，有些人甚至由于过度或不当的下肢运动而导致患上足部或膝盖等部位的疾病，于是近些年来，人们对于各类穿戴装备的要求日益提高，希望借此来避免或修复各类运动损伤，而矫形鞋垫就是其中的一种。

矫形鞋垫即通过根据个人情况对鞋垫形状进行调整，以达到缓解脚底压力、改善脚部受力状况等效果的定制化鞋垫，能够对各类下肢疾病及脑部疾病起到一定的治疗作用，因此，对于矫形鞋垫的调整设计及制作流程的制定有着重要的研究意义。其根据不同的制作方式可大致分为三类：预制型、定制型、定制-模制型[1]，其中，定制型矫形鞋垫一般包括一个预制的基础构件，然后根据患者的需要对预制矫形鞋垫进行不同程度的改造[2]。

71 设备简介

1.1 矫正鞋垫加工装置

鞋垫加工部分使用一种自主研制的矫正鞋垫加工装置，刀具可从四个维度对毛坯材料进行加工，提高了矫正鞋垫的加工精度，实现了加工流程无人化。加工雕刻材料选择为EVA固定板料，装置样式如图1，在机床上加装第四轴，设计专门的夹具固定鞋垫板材。

1.2 三维扫描仪

在定制鞋垫的生产工程中，使用三维扫描仪用以采集脚部点云数据。使用时，将三维扫描仪平放固定于地面，搁置一个透明的定制外壳于其上，之后将脚掌搁于外壳之上，扫描后即可获得脚掌三维扫描图像。设定三维扫描仪的测量距离为0.5m，扫描精度为0.5mm。

2 加工流程

鞋垫的定制加工流程如图2所示。

首先，利用三维扫描仪扫描出足底点云数据，保存成STL文件，利用Geomagic studio软件打开STL文件，对其进行修剪，除去特征以外的数据，在最后存有的特征曲面上绘制关键曲线，并删除其余曲面部分，保存成.igs格式。在Imageware中对特征曲线进行曲面重建，并进行修复，设计出足弓特种鞋垫表面。接下来在Solidworks中打开曲面文件，进行鞋垫立体造型，设计出符合要求的矫正鞋垫。

之后在JDpaint中打开Solidworks设计好的鞋垫整体曲面文件，将其上下表面进行分离，并放在固定板料模型中。设定基点，即加工对刀点，如图2中，上表面定义为A点，对应下表面为B点，分别对上下表面定义刀具路径，在加工装置上对EVA固定板料的上下表面分别进行加工。最后，加工完成后将鞋垫部分切下，并用小型磨具进行打磨处理。

3 结论

本文通过逆向工程手段研究了矫正鞋垫制作工艺，但也存在一定的问题：a）目前使用的扫描仪扫描精度为0.5mm，整体扫描效果不算理想，为之后逆向工程的重建过程增添了很大的工作量；b）目前扫描高度需要距扫描仪1米距离，设备体积较大，操作不方便。

参考文献：

[1]Nigg B M，Nurse M A，Stefanyshyn D J.Shoe inserts and orthotics for sport and physical applications[J].Medicine and Science in sports and Exercise，1999（07）：421-428.

[2]湯运启，王幽幽，秦蕾，刘丽.矫形鞋垫的设计与制作[J].中国皮革，2015，44（16）：39-43.