讓FDM 3D打印機用戶實現(xiàn)鞋墊自由！華越智造技術專利擬對外許可

“我手里有一項可以3D打印彈性鞋墊的專利技術，想對外授權許可使用，擴大FDM 3D打印機的應用場景。南極熊你幫我找一下對此有需求的廠商唄？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（華越智造科技負責人）

1988年Scott Crump研發(fā)了熔融沉積成型技術（Fused Deposition Modeling，簡稱FDM），并于1989年申請了專利并創(chuàng)立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司成立3年后，推出了第一臺基于FDM技術的工業(yè)級3D打印機“3D Modeler”，標志著FDM技術步入了商業(yè)化階段。2009年，F(xiàn)DM關鍵技術專利保護期到期，基于FDM技術的3D打印設備公司開始大量出現(xiàn)，行業(yè)迎來了快速發(fā)展期，相關設備的成本和售價也大幅降低。

由于FDM 3D打印機（尤其是桌面級）技術原理相對簡單易懂、操作容易上手，且材料選擇廣泛，設備價格比較親民，雖然FDM技術并不是第一個被發(fā)明的3D打印技術分支，但基于上述原因，F(xiàn)DM技術和應用發(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、設備銷售數(shù)量最大的3D打印技術分支。

近日，“南極熊”發(fā)文提及“憑借著1000元到1萬元之間一臺的消費級價格，F(xiàn)DM、LCD等3D打印機逐漸走近普通百姓家里，全球年出貨量達近500萬臺�！保�*詳見文章《消費級3D打印廠商拓竹完成新一輪融資，營收有望近20億》）。即使保守估計，F(xiàn)DM桌面機占一半的銷售數(shù)量，那也有250萬臺的年銷售數(shù)量。“南極熊”進一步提出預測“3D打印機則是很好的創(chuàng)造實際物體的工具，未來5年內(nèi)，每年出貨量可達千萬臺的級別”。

FDM 3D打印四大技術難點
筆者認為，線材類桌面級FDM（FFF）3D打印技術有四大技術高點（難點）——高溫材料、連續(xù)纖維增強、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技術的發(fā)明者Stratasys攻克的，目前國內(nèi)也有多家FDM廠商推出高溫材料FDM 3D打印機。

桌面級連續(xù)纖維增強3D打印，自2015年Markforged公司銷售全球第一臺商用桌面級連續(xù)纖維增強復合材料3D打印打印機，標志著桌面級連續(xù)纖維增強3D打印技術開始進入大眾的視野。

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FDM廠商都開發(fā)并推出了自己的超高速FDM打印機，超高速FDM打印機在短時間內(nèi)就迅速卷了起來。

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

華越智造科技在探索FDM 3D打印矯形鞋墊的初時，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打印技術的想法，經(jīng)過數(shù)十次結構調(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打印的技術技巧。并將該技術應用于矯形鞋墊，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的生理特點。

而華越智造科技也進一步發(fā)現(xiàn)，將上述FDM技術用于PLA、PETG等硬質(zhì)線材時，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性能？一種觀點認為要硬一些，給足弓強有力的支撐，也有一種觀點認為要軟一些，提高舒適性，業(yè)界尚未有統(tǒng)一的觀點。

在《矯形鞋原理與應用》（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促進足弓的發(fā)育，相反還會因為長時間壓迫血管與神經(jīng)系統(tǒng)而造成腳前掌部位供血不足，嚴重的還會造成局部壞死。從結構力學角度來分析，足弓墊（托）的形狀如果過高還會對跗跖關節(jié)產(chǎn)生一個由下至上的破壞力，這個力長久累積會導致該關節(jié)的病理性松弛�！�

華越智造科技團隊在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、生物力學專家和資深足踝矯形師的指導和幫助，根據(jù)足部骨骼、足弓的生物力學特點，經(jīng)過上千次的測試調(diào)整，基于上述的“超柔性材料FDM 3D打印技術”，開發(fā)出“類肌肉仿生彈性”3D打印矯形鞋墊，受力時（腳著地）鞋墊在垂直方向上可適度壓縮，壓力釋放時（腳離地）可同步瞬時回彈，有效模擬足弓的彈性，經(jīng)某鞋業(yè)品牌實測，能量反饋（能量回歸率）可高達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，在較短的時間內(nèi)可有效緩解足部疼痛，可有效延長穿著時間。實踐測試證明，“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致運動時足底不適的痛點，尤其適合青少年兒童運動場景，兼顧運動功能和矯正功能。

在2022年醫(yī)學3D打印技術與應用全國創(chuàng)新大賽中，華越智造參賽項目“對兒童友好的類肌肉仿生彈性3D打印矯形鞋墊”在比賽中獲得了評委專家的一致好評，喜獲二等獎，在所有參賽的非醫(yī)療機構中名列前茅。

柔性/超柔性材料FDM打印的其他應用

國內(nèi)知名的鞋業(yè)品牌匹克，將柔性材料FDM 3D打印應用于鞋面，將藝術與技術完美融合。未來，鞋面?zhèn)�性化定制柔性制造將會變得越來越簡單。

△圖片拍攝于2023 formnext深圳展會

△圖片拍攝于2023 formnext深圳展會

筆者大膽預測，未來柔性/超柔性材料的應用場景，在消費品領域，可以跟箱包的個性化定制相結合，在醫(yī)療康復領域，可以跟腰墊、頸椎枕的個性化定制相結合，在工業(yè)領域，可用于打印機器人柔性抓手、夾具、異型密封件等等。而更多的柔性/超柔性材料3D打印應用場景，尚有待發(fā)掘。

兒童青少年脊柱側(cè)彎與足踝生物力學異常

據(jù)央視新聞報道：我國中小學生脊柱側(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指南》，將脊柱彎曲異常篩查項目納入每學年或新生入學體檢內(nèi)容。

上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院王金武教授團隊，通過研究和治療案例驗證了矯形鞋墊對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內(nèi)外側(cè)壓力分布，從而減少對脊柱姿勢的不良影響，降低脊柱側(cè)凸的風險，對于輕度代償性脊柱側(cè)凸可以通過3D打印矯形鞋墊矯正。”（來源：微信文章《輕度代償性脊柱側(cè)凸可以通過3D打印矯形鞋墊矯正》，作者：九院3D打印中心王金武團隊）

軟硬料兼容的FDM技術專利擬對外許可
為了更好地助力廣大兒童青少年足脊健康發(fā)展，更快更好地實現(xiàn)“助力千萬人健康行走”的愿景目標，也為了更好的拓展柔性/超柔性材料3D打印應用的發(fā)展，華越智造科技意向?qū)⒆灾餮邪l(fā)的FDM 3D打印擠出裝置技術專利實施對外授權許可，本專利技術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，同時對硬質(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。

上述軟硬料兼容的FDM近程擠出專利技術具有“強動力、強約束”的特點，技術方案可參考專利：《具有雙驅(qū)動送絲功能的3D打印機的擠出裝置》（CN2018214434245）。

如對上述技術專利授權許可感興趣的3D打印設備生產(chǎn)商或應用服務商，歡迎掃碼聯(lián)系華越智造科技負責人余先生。