讓FDM 3D打印機(jī)用戶實(shí)現(xiàn)鞋墊自由！華越智造技術(shù)專利擬對(duì)外許可

“我手里有一項(xiàng)可以3D打印彈性鞋墊的專利技術(shù)，想對(duì)外授權(quán)許可使用，擴(kuò)大FDM 3D打印機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。南極熊你幫我找一下對(duì)此有需求的廠商唄？事成必有重謝！”來自廣州的華越智造問南極熊。

為了讓3D打印用戶有更多的玩法、提升使用頻率；哦，對(duì)了，還有后面的【重謝】。那就安排！

下文作者：余先生（華越智造科技負(fù)責(zé)人）

1988年Scott Crump研發(fā)了熔融沉積成型技術(shù)（Fused Deposition Modeling，簡(jiǎn)稱FDM），并于1989年申請(qǐng)了專利并創(chuàng)立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司成立3年后，推出了第一臺(tái)基于FDM技術(shù)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)“3D Modeler”，標(biāo)志著FDM技術(shù)步入了商業(yè)化階段。2009年，F(xiàn)DM關(guān)鍵技術(shù)專利保護(hù)期到期，基于FDM技術(shù)的3D打印設(shè)備公司開始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來了快速發(fā)展期，相關(guān)設(shè)備的成本和售價(jià)也大幅降低。

由于FDM 3D打印機(jī)（尤其是桌面級(jí)）技術(shù)原理相對(duì)簡(jiǎn)單易懂、操作容易上手，且材料選擇廣泛，設(shè)備價(jià)格比較親民，雖然FDM技術(shù)并不是第一個(gè)被發(fā)明的3D打印技術(shù)分支，但基于上述原因，F(xiàn)DM技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展迅速，經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前已成為受眾最多、最常用、設(shè)備銷售數(shù)量最大的3D打印技術(shù)分支。

近日，“南極熊”發(fā)文提及“憑借著1000元到1萬元之間一臺(tái)的消費(fèi)級(jí)價(jià)格，F(xiàn)DM、LCD等3D打印機(jī)逐漸走近普通百姓家里，全球年出貨量達(dá)近500萬臺(tái)�！保�*詳見文章《消費(fèi)級(jí)3D打印廠商拓竹完成新一輪融資，營(yíng)收有望近20億》）。即使保守估計(jì)，F(xiàn)DM桌面機(jī)占一半的銷售數(shù)量，那也有250萬臺(tái)的年銷售數(shù)量�！澳蠘O熊”進(jìn)一步提出預(yù)測(cè)“3D打印機(jī)則是很好的創(chuàng)造實(shí)際物體的工具，未來5年內(nèi)，每年出貨量可達(dá)千萬臺(tái)的級(jí)別”。

FDM 3D打印四大技術(shù)難點(diǎn)
筆者認(rèn)為，線材類桌面級(jí)FDM（FFF）3D打印技術(shù)有四大技術(shù)高點(diǎn)（難點(diǎn)）——高溫材料、連續(xù)纖維增強(qiáng)、超高速、超柔性材料。

高溫材料FDM打印，如PEI、PPSU、PEEK等，最早是被FDM技術(shù)的發(fā)明者Stratasys攻克的，目前國(guó)內(nèi)也有多家FDM廠商推出高溫材料FDM 3D打印機(jī)。

桌面級(jí)連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印，自2015年Markforged公司銷售全球第一臺(tái)商用桌面級(jí)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3D打印打印機(jī)，標(biāo)志著桌面級(jí)連續(xù)纖維增強(qiáng)3D打印技術(shù)開始進(jìn)入大眾的視野。

超高速FDM打印，2023年，某竹科技帶起了一陣超高速FDM 3D打印的熱潮，一夜之間各個(gè)FDM廠商都開發(fā)并推出了自己的超高速FDM打印機(jī)，超高速FDM打印機(jī)在短時(shí)間內(nèi)就迅速卷了起來。

而3D打印業(yè)界對(duì)于柔性材料/超柔性材料FDM打印技術(shù)的研究卻相對(duì)少之又少，柔性材料/超柔性材料FDM 3D打印的應(yīng)用潛力尚待有效發(fā)掘。

華越智造科技在探索FDM 3D打印矯形鞋墊的初時(shí)，發(fā)現(xiàn)常用的邵氏95A（硬度）的TPU線材，無論是調(diào)整填充密度還是填充形狀，鞋墊的彈性效果總達(dá)不到理想的效果，正常的填充密度下（25%），鞋墊硬度偏高缺乏彈性，填充密度低一些（或者調(diào)整填充形狀），硬度雖然可以稍微降低一些，但打印線條卻容易被擠壓變形，影響鞋墊的使用壽命。因此萌發(fā)了研發(fā)超柔性材料FDM 3D打印技術(shù)的想法，經(jīng)過數(shù)十次結(jié)構(gòu)調(diào)整以及上萬次的調(diào)試，終于成功掌握了超柔性材料FDM 3D打印的技術(shù)技巧。并將該技術(shù)應(yīng)用于矯形鞋墊，使矯形鞋墊具備了“類肌肉仿生彈性”的效果，更契合足踝生物力學(xué)的生理特點(diǎn)。

而華越智造科技也進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，將上述FDM技術(shù)用于PLA、PETG等硬質(zhì)線材時(shí)，擠出打印過程也非常穩(wěn)定，優(yōu)于普通的FDM近程送料打印裝置，展示出對(duì)硬質(zhì)材料優(yōu)異的兼容性。

類肌肉仿生彈性3D打印矯形鞋墊
矯形鞋墊需要什么樣的力學(xué)性能？一種觀點(diǎn)認(rèn)為要硬一些，給足弓強(qiáng)有力的支撐，也有一種觀點(diǎn)認(rèn)為要軟一些，提高舒適性，業(yè)界尚未有統(tǒng)一的觀點(diǎn)。

在《矯形鞋原理與應(yīng)用》（主編：宋雅偉、王占星）一書中有以下描述：“足弓的底面骨骼較為脆弱，這一部位集中了大量的血管與神經(jīng)組織。如果足弓部位弓托過高或過硬不僅不會(huì)促進(jìn)足弓的發(fā)育，相反還會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間壓迫血管與神經(jīng)系統(tǒng)而造成腳前掌部位供血不足，嚴(yán)重的還會(huì)造成局部壞死。從結(jié)構(gòu)力學(xué)角度來分析，足弓墊（托）的形狀如果過高還會(huì)對(duì)跗跖關(guān)節(jié)產(chǎn)生一個(gè)由下至上的破壞力，這個(gè)力長(zhǎng)久累積會(huì)導(dǎo)致該關(guān)節(jié)的病理性松弛�！�

華越智造科技團(tuán)隊(duì)在3D打印矯形鞋墊的研發(fā)過程中，得到了多位足踝骨科專家、生物力學(xué)專家和資深足踝矯形師的指導(dǎo)和幫助，根據(jù)足部骨骼、足弓的生物力學(xué)特點(diǎn)，經(jīng)過上千次的測(cè)試調(diào)整，基于上述的“超柔性材料FDM 3D打印技術(shù)”，開發(fā)出“類肌肉仿生彈性”3D打印矯形鞋墊，受力時(shí)（腳著地）鞋墊在垂直方向上可適度壓縮，壓力釋放時(shí)（腳離地）可同步瞬時(shí)回彈，有效模擬足弓的彈性，經(jīng)某鞋業(yè)品牌實(shí)測(cè)，能量反饋（能量回歸率）可高達(dá)57%；并且可根據(jù)用戶的年齡和體重以及足底耐受情況等匹配相應(yīng)的鞋墊硬度和彈性，在支撐性和舒適性上取得良好平衡。

到目前為止，華越智造科技與多位足踝骨科專家、資深足踝矯形師一起，已為數(shù)千名用戶提供了“類肌肉仿生彈性”3D打印矯形鞋墊，產(chǎn)品收到了良好反饋，在較短的時(shí)間內(nèi)可有效緩解足部疼痛，可有效延長(zhǎng)穿著時(shí)間。實(shí)踐測(cè)試證明，“類肌肉仿生彈性”3D打印鞋墊，可有效解決傳統(tǒng)矯形鞋墊因硬度偏高而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)時(shí)足底不適的痛點(diǎn)，尤其適合青少年兒童運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，兼顧運(yùn)動(dòng)功能和矯正功能。

在2022年醫(yī)學(xué)3D打印技術(shù)與應(yīng)用全國(guó)創(chuàng)新大賽中，華越智造參賽項(xiàng)目“對(duì)兒童友好的類肌肉仿生彈性3D打印矯形鞋墊”在比賽中獲得了評(píng)委專家的一致好評(píng)，喜獲二等獎(jiǎng)，在所有參賽的非醫(yī)療機(jī)構(gòu)中名列前茅。

柔性/超柔性材料FDM打印的其他應(yīng)用

國(guó)內(nèi)知名的鞋業(yè)品牌匹克，將柔性材料FDM 3D打印應(yīng)用于鞋面，將藝術(shù)與技術(shù)完美融合。未來，鞋面?zhèn)�性化定制柔性制造將會(huì)變得越來越簡(jiǎn)單。

△圖片拍攝于2023 formnext深圳展會(huì)

△圖片拍攝于2023 formnext深圳展會(huì)

筆者大膽預(yù)測(cè)，未來柔性/超柔性材料的應(yīng)用場(chǎng)景，在消費(fèi)品領(lǐng)域，可以跟箱包的個(gè)性化定制相結(jié)合，在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，可以跟腰墊、頸椎枕的個(gè)性化定制相結(jié)合，在工業(yè)領(lǐng)域，可用于打印機(jī)器人柔性抓手、夾具、異型密封件等等。而更多的柔性/超柔性材料3D打印應(yīng)用場(chǎng)景，尚有待發(fā)掘。

兒童青少年脊柱側(cè)彎與足踝生物力學(xué)異常

據(jù)央視新聞報(bào)道：我國(guó)中小學(xué)生脊柱側(cè)彎人數(shù)已超500萬，脊柱側(cè)彎：危害兒童青少年健康第三大疾病。（來源：央視網(wǎng)，2022年1月13日）。

國(guó)家衛(wèi)健委于2021年11月發(fā)布了《兒童青少年脊柱彎曲異常防控技術(shù)指南》，將脊柱彎曲異常篩查項(xiàng)目納入每學(xué)年或新生入學(xué)體檢內(nèi)容。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院王金武教授團(tuán)隊(duì)，通過研究和治療案例驗(yàn)證了矯形鞋墊對(duì)于輕度代償性脊柱側(cè)凸（側(cè)彎）矯正的有效性：“矯形鞋墊可控制足部?jī)?nèi)外側(cè)壓力分布，從而減少對(duì)脊柱姿勢(shì)的不良影響，降低脊柱側(cè)凸的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于輕度代償性脊柱側(cè)凸可以通過3D打印矯形鞋墊矯正�！保▉碓矗何⑿盼恼隆遁p度代償性脊柱側(cè)凸可以通過3D打印矯形鞋墊矯正》，作者：九院3D打印中心王金武團(tuán)隊(duì)）

軟硬料兼容的FDM技術(shù)專利擬對(duì)外許可
為了更好地助力廣大兒童青少年足脊健康發(fā)展，更快更好地實(shí)現(xiàn)“助力千萬人健康行走”的愿景目標(biāo)，也為了更好的拓展柔性/超柔性材料3D打印應(yīng)用的發(fā)展，華越智造科技意向?qū)⒆灾餮邪l(fā)的FDM 3D打印擠出裝置技術(shù)專利實(shí)施對(duì)外授權(quán)許可，本專利技術(shù)可能是目前最適合柔性/超柔性材料FDM打印的近程擠出技術(shù)，同時(shí)對(duì)硬質(zhì)材料也有著優(yōu)異的兼容性，可能是目前最穩(wěn)健的FDM打印近程擠出技術(shù)。

上述軟硬料兼容的FDM近程擠出專利技術(shù)具有“強(qiáng)動(dòng)力、強(qiáng)約束”的特點(diǎn)，技術(shù)方案可參考專利：《具有雙驅(qū)動(dòng)送絲功能的3D打印機(jī)的擠出裝置》（CN2018214434245）。

如對(duì)上述技術(shù)專利授權(quán)許可感興趣的3D打印設(shè)備生產(chǎn)商或應(yīng)用服務(wù)商，歡迎掃碼聯(lián)系華越智造科技負(fù)責(zé)人余先生。