Footprint：通过算法定制的3D打印鞋

近日，美国Philadelphia大学的两位工业设计专业学生在其硕士研究项目中选择使用3D打印和3D扫描为消费者创造出量身定制的鞋子，以预防足部健康问题。他们的研究论文题目为《FOOTPRINT：3D打印自定义算法的鞋子（FOOTPRINT: 3D Printed Custom Algorithmic Footwear）》，他们的目标是结合3D打印、3D扫描、算法模型开发以及先进的纺织技术，制造出最前沿的鞋子。

Matt Flail和Tim Ganter介绍说，他们在选择论文题目时注意到，人们在鞋子的制造、使用方面有很多的问题，甚至包括那些最先进的鞋子。现实情况是，即使是市场上最好的鞋也往往是为大众用户设计的，而不是针对某一个特定的用户。由于世界上没有两只脚是完全一样的，甚至包括我们自己的两只脚都不相同，所以当前所用的标准尺寸加工系统已经远远落后了。鞋子和足部健康是现代生活的一个重要组成部分，即使是市场上最好的鞋如果不是真正合脚的话也会对穿用者的身体造成不利影响，比如可能会导致或加剧脚踝、膝盖、臀部和背部关节和肌肉方面的问题。

“还有一个问题是，当代鞋子的制造工艺在过去几十年里没有任何改变。每款鞋子在制造过程中都需要使用昂贵的模具和工具装备，整个鞋子上使用的所有不同材料都需要相应的模具。此外，大量的材料在制造过程中被浪费，从泡沫制成的成型件直到用于鞋面的模切材料。全世界每年大约生产200亿双鞋，这中间有大约3亿双被丢弃，而这还不包括来自工厂本身的浪费。另外，EVA——最常见的鞋底夹层泡沫——可以在填埋场存在1000年而不会分解，而且不能回收利用。”这两位硕士研究生介绍说。

Matt Flail和Tim Ganter的论文主旨是重新构想和设计鞋子从上到下的制造方式，不仅要改变尺寸加工的方式，而且包括制造和材料的使用方法。他们研究了市场上的一些高质量运动鞋，包括耐克Flyknit和阿迪达斯Primeknit系列。他们还咨询了一些足病医生和鞋类专家，以确定正确运动鞋的最有效方法。

“我们访问了一些足科医生，以了解对于不同的脚型如何提供最好的支撑、他们眼中最合脚的鞋子是什么、足部矫形存在什么问题等。”他们解释说，“我们获得的最大收获是，目前的足部矫形器与鞋子的匹配存在巨大的问题。你可以有一个合脚、并能够在平地上提供正确支撑的矫形器，但是如果它不能与运动鞋正确匹配的话带给你的伤害反而会更大。”

基于以上研究结果两位研究生决定利用摄影测量软件和结构光扫描对特定用户的足部进行3D扫描，从而创建出详细的3D模型。

他们认为在对在他们的设计过程中有三个标准是首先要考虑的，第一个是减少制造中的材料浪费，并消除昂贵的模具和工装；其次是能够根据用户足部的精确形状、尺寸和支撑需求进行量身定制；最后他们希望减少或者完全消除现代制造方式造成的过渡浪费。

在开发FOOTPRINT的过程中，Flail和Ganter测试了多种材料和3D打印技术，最终认定了选择性激光烧结（SLS）技术能够达到他们的研究项目所要求的最好结果，他们使用基于DuraForm Flex 3D打印材料的尼龙粉末来打印鞋垫和WHOLEGARMENT全成型编织工艺来制造特定尺寸的鞋面。

下面的简短视频是Flail和Ganter为他们的论文设计的鞋子的最后原型：

虽然他们最初的研究是针对运动鞋的，但是Flail和Ganter认为，这一使用3D打印定制鞋子的方式适用于各类鞋子的原型过程。这两个人最近刚刚获得了来自Shapeways的教育补助金，在更多研究资金的帮助下，他们将继续开发新的概念和鞋子结构。
转自南极熊3D打印网