用于鞋的中底
技术领域
一种用于鞋的中底，其中所述中底由弹性聚合物材料3D打印而成。
背景技术
鞋制造经历了许多不同的技术迭代，其中用于鞋的制造方法随着技术的进步而改变。不断发展的制鞋技术的目的可以是相对广泛的，其中一些制造商主要专注于鞋的外观、透气性、特定活动的性能，而其他制造商则专注于鞋的舒适性。
专注于一个目的并不一定排除其他任何目的，但是在业界长期以来就知道，你可能不得不为了外观而牺牲部分舒适性，反之亦然。一般来说，大多数制造商都希望获得外观完美同时舒适性也是最佳的鞋。
然而，与鞋的最佳舒适性的概念相关的问题高度因使用者而异，这是由于与批量生产的鞋相比，为使用者单独定制的鞋通常都非常昂贵的，因此为了降低鞋的生产成本，大多数的鞋都是批量生产的。成本增加的原因是单独定制的鞋通常取决于由制造人员做出的测量和调节，这意味着单独定制的鞋的人工成本可能相当高。
然而，已经存在尝试和解决这一问题的解决方案，其中批量生产的鞋被生产为具有鞋面、外底和中底，其中以内底的形式提供对脚的形状的调节，该内底可具有一些特定的特征，或者通过例如提供具有抬起的脚弓的内底或者在脚跟或脚掌区域(ball area)增加缓冲来为使用者单独定制内底。
然而，这种方法的问题在于，内底没有单独地适配到鞋的其余部分，即，外底或中底，其中这两个部分都具有预定的功能，内底可能会干扰或降低其效果。DE102016124724公开了一种单独定制的矫形鞋插入件，其中支撑结构可被包括在该插入件中。支撑结构可具有以六边形形式提供的开口或穿孔，其中开口的高度和宽度可根据需要改变以适应内底的穿着特性。本申请公开了支撑结构具有低的压缩弹性和高的刚性，其中支撑结构可被提供有改变支撑结构的某些区域的单独的缓震或缓冲元件。
因此，需要改进为使用者提供单独定制鞋的方法，其中鞋的主要部分是为特定使用者和该特定使用者的脚的形状单独制造的。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于鞋的中底，其中，所述中底由弹性聚合物材料3D打印而成，所述中底包括：面向鞋底的表面；面向脚的表面；多个壁，其在第一位置基本上垂直于所述面向鞋底的表面并从所述面向鞋底的表面延伸到所述面向脚的表面，其中每个壁都具有高度，其中所述多个壁界定多个单元，所述单元具有基本上平行于所述壁的中心轴线，并且具有从壁到所述中心轴线的半径，其中处于第二位置的所述壁被配置为在施加外力时弹性变形，使得所述变形提供半径和/或高度的变化，并且在移除外力时，所述壁适于返回到它们的第一位置。
在本发明的意义内，术语“中底”意指鞋制品(footwear)的层，其中该层可以位于鞋的内底之下，其中该内底位于使用者的脚和中底之间。中底可形成鞋的外底，和/或可位于鞋的内底和外底之间。中底可作为减震件被提供在鞋中。
在本发明的意义内，术语“半径”可意指从单元的中心轴线到中底的壁的距离，其中中心轴线可以是从垂直方向看延伸穿过单元的中心的垂直轴线。
通过提供根据本发明的3D打印的中底，可测量特定使用者的脚，并且基于这些测量值来创建中底，其中形状、柔软度/硬度是针对特定使用者定制的。
可通过以不同数量的层提供壁来调节中底的形式，其中可对中底的旨在具有减小的高度的部分提供具有低数量的层的壁，其中可对中底的旨在具有增加的高度的部分提供位于彼此的顶部上的增加数量的层。旨在具有较低高度的区域可以是例如前脚区域，其中较高的区域可以是例如中底的内侧部分上的脚弓区域，以及例如脚跟区域。因此，由于中底可被用于完全按照特定使用者的脚的形状来形成，将在其中使用中底的鞋可形成为相对通用的形状，其中鞋面和外底可接合(join)在一起，其中外底的内表面可相对平坦并且就高度而言不成形为脚的形状。因此，外底的内表面，即，外底的面向脚的表面，或者鞋的面向脚的表面，如果设置有中间部分，则可以是相对平坦的，并且可作为用于3D打印的中底的下部的接收表面而被提供。因此，外底的面向脚的表面可在纵向方向和横向方向上以脚的形状被提供，但是在高度方向上，即在垂直于脚的纵向方向和/或横向方向上不具有任何特征性脚形状。因此，具有对于使用者来说正确尺寸的鞋可被提供有3D打印的中底，该3D打印的中底在面向脚的表面上，特别地沿高度方向被形成为使用者的脚的轮廓，并且可在为每个特定使用者特别选择的区域中，在步行、跑步或静止位置期间以脚的步态、压力和轮廓分析的形式，被加强或软化。
因此，本申请还可涉及一种鞋，其具有根据上述公开的3D打印的中底。
根据本申请的3D打印的中底的优点可被视为多个壁和由壁界定的多个单元之间的关系。有多种方式来如何控制壁的阻力，诸如相对于壁的高度的壁厚度、以及单元的半径、或者两个要素的组合。通过提供具有一定厚度的壁，壁的厚度可自身限定对使这些壁变形所需的压力的量，从而壁可在施加的压力下屈曲(buckle)。如果壁由具有相同物理特性的相同材料制成，则较厚的壁比具有相同高度的较薄的壁需要更大的压力来变形。此外，在某个预定区域，例如，平方厘米或平方英寸中的壁的数量也会影响中底的阻力，这是因为壁的增加量将会将施加到预定区域的负载分布在增加数量的壁上。此外，单元的尺寸和/或半径还可以影响中底施加到例如脚的阻力。因此，具有较小半径的单元，即，具有封闭该单元的壁的单元，将具有增加的壁的表面区域(壁的顶端)，该增加的壁的表面区域与施加到中底的力相交。此外，壁的高度也可影响中底的阻力，这是因为如果壁相同，则高度高于较低的壁的壁将更容易变形。
控制中底的阻力的另一种方式是一个壁如何被连接至第二个壁以及该壁的形状。如果一个壁以一定角度被连接到另一壁，即，壁的平面以一个角度相交，则第二壁可以为第一壁提供增加的阻力，反之亦然，这是因为这些壁以成角度朝向彼此相对并提供彼此的结构阻力，特别是如果一个壁沿其整个高度连接到第二壁。
当压力被施加到壁时，例如当脚位于中底的面向脚的表面的顶部时，脚的力，即，使用者的重量，被施加到壁的顶端，并且当被施加到壁的力超过某个限度时，壁将变形，并且由于壁的底端部(第二端部)被外底的面向脚的表面限制在鞋的内部，因此第一端部将在朝向第二端部的方向上移动，为了实现这一点，壁将通过屈曲、膨胀或其他方式变形，以允许第一端部在向下方向上移动。由于壁将变形，重要的是，壁的变形在至少一个方向，即，在朝向单元的中心轴线的方向上不受限制。因此，变形的壁被允许自由地变形到单元中，使得在至少一个区域中减小壁与单元之间的半径。单元的形状，例如，从上方或侧面看到单元的形状，也可影响壁的变形，这是因为连接的壁和连接的角度可增加或减小壁的阻力。
可以由圆形壁提供单个单元(single cell)，该圆形壁在多层中提供圆柱形壁，其中该壁的外表面可被连接至第二壁。因此，单元结构可以是多个圆柱形单元，其经由壁被连接到其他圆柱形单元。
中底可被用于在鞋中提供减震，其中中底的面向脚的表面接收使用者的重量，而面向鞋底的表面对使用者的重量提供反作用力。中底的弹性变形可以是沿壁的垂直方向的、并沿平行于壁的中心轴线的方向的壁的压缩的形状。变形可以是由于壁弯曲、屈曲、压缩而引起的。
在一个实施例中，中底的面向鞋的表面可以是基本上平坦的。平坦的面向鞋的表面确保中底的上表面(面向脚的表面)提供脚的轮廓，而不是适于接收中底的预制鞋的轮廓。
在一个实施例中，单元的周缘边界可包括至少两个壁。通过提供具有至少两个壁的单元，可提供其中多个壁或至少两个壁彼此连接的单元，使得各个壁可对彼此提供结构支撑。在一个实施例中，单元可以是三角形、矩形、五边形、半圆形、或任何合适的形状，其中至少两个壁彼此连接，并且所连接的壁包围产生至少一个单元的区域/体积。
在一个实施例中，中底是可弹性变形的，其中3D打印材料的壁能够存储机械能并后续释放该能量以吸收冲击，和/或保持在面向脚的表面和面向鞋底的表面之间的力。因此，中底的每个壁可被提供有能够变形和存储施加到壁上的机械能的形状，其中每个壁都被连接到形成对所存储的能量的反作用力的第二壁上，并且其中一个壁中加载的一些能量也可经由两个壁之间的机械耦合传递到第二壁。当力从壁释放时，壁将释放其储存的能量，并从变形位置返回其初始位置。因此，每个壁用作能够自行存储能量的弹性构件。此外，当在形成一个或多个单元的多个壁中形成时，壁可存储的机械能可通过壁的数量而增加。因此，多个壁比一个壁自身储存更多能量。
在一个实施例中，中底可包括彼此结合(bond)的至少两个材料层。中底的3D打印可通过在另一层的顶部上添加一个层来完成，并且继续这个过程直到壁具有期望的高度。可有利地使用液体形式聚合物来完成3D打印，该聚合物当其已被放置在正确的位置时固化。其一个示例是液体有机硅聚合物，该聚合物的添加方向与在其顶部放置该聚合物的层的方向相同，使得壁可以是在彼此的顶部添加的许多聚合物不连续线(discrete line)，其中当在彼此的顶部进行3D打印时，这些线彼此平行。有利地是，该材料是弹性的，使得在施加压力期间，材料的变形是可逆的，并且该材料在变形时不会塑性变形，即，在塑性变形发生之前具有高的应力/应变比关系。
在一个实施例中，每个壁可以包括至少两个材料层。根据本申请，有利的是，每个壁具有至少两个材料层，其中层的数量的上限是不确定的。通过提供至少两个材料层，确保了壁的高度大于壁的宽度，从而确保了壁可通过压缩或受控塌陷(controlled collapse)而在宽度方向上变形。
在一个实施例中，每个单元的半径可以在1.5mm至8mm之间，或更具体地在2mm至7.5mm之间，或更具体地在2.5mm至7mm之间，或更具体地在2.7mm至6.5mm之间。可基于中底的特定区域中的阻力的要求来调节单元的尺寸。因此，通过提供较小的半径，可在中底上提供大量的单元，而较大的半径将减少可被施加在中底上的单元的数量，这是由于单元的半径提供了单个单元在面向鞋的表面和/或面向脚的表面上占据的预定区域。中底可被提供有许多不同尺寸的单元，其中中底的一个区域可具有拥有某一单元尺寸的单元，而另一区域可以具有不同的单元尺寸。单元的尺寸可被容易地用于为中底提供对所施加的力具有不同阻力的区域，这是因为减小的单元尺寸在特定的预定区域(平方厘米/英寸)内提供了较大量的壁。因此，单元的尺寸可被用于在中底的某些区域中提供不同的阻力。
在一个实施例中，所述多个单元可在脚跟区域中具有第一半径并且在前脚区域中具有第二半径，其中所述第一半径大于所述第二半径，或者可选地，其中所述第一半径小于所述第二半径。半径的这种差异可控制中底在预定区域中的阻力和/或弹性。
在一个实施例中，所述多个壁可在所述脚跟区域中具有第一高度，并且可以在所述前脚区域中具有第二高度，其中所述第一高度可以大于所述第二高度，或者可选地，所述第一高度可以小于所述第二高度。壁的高度可被用于为中底提供特定使用者所需的定制曲率(customized curvature)，即，根据使用者想要利用中底的用途，在脚跟区域和前脚区域之间提供一定的落差(drop)。即，对于某些类型的训练来说，例如对于跑步来说，与例如步行或其他类型的训练所需的相比，具有更大的落差，这是有利的。因此，中底的3D打印可用于定制使用者想要使用鞋的用途。替代地，使用者可具有多种不同类型的中底，其中中底可被替换成某种类型的活动。
在一个实施例中，所述多个壁可在所述脚弓区域中具有第三高度，在所述前脚区域中可具有第二高度，并且在所述脚跟区域中可具有第一高度，其中所述第一高度和/或所述第二高度可大于所述第三高度，或者可选地，所述第一高度或第二高度可小于所述第三高度。因此，可利用壁的高度在一定区域内为使用者提供所需的支撑。例如，如果使用者具有扁平足，即，低脚弓区域，则中底可在该区域内被提供有增加的高度，以向使用者提供必要的支撑，从而减少使用者在步行或其他活动中的磨损和疲劳。
在一个实施例中，中底被分成前脚区域和/或脚跟区域，其中前脚区域和脚跟区域由从中底的内侧延伸到中底的外侧的线界定。该线可以是假想线，或者由不同尺寸的壁和/或单元界定的线。对各个区域的划分通常与脚相关来分类，并且将有助于设计者将修正限制在一定的区域，即，随着脚弓区域高度的增加，该线将限制朝向脚跟区域的高度差，从而确保增加的高度不会也同时移动到脚跟区域，从而减少产生舒适度降低的区域的机会。
在一个实施例中，弹性聚合物材料可以是有机硅基材料、有机硅组合物或有机硅混合物组合物。有机硅组合物可包括可用于3D打印的任何有机硅材料，其中有机硅材料可被布置在各层中，其中每个壁包括在彼此顶部上堆叠的多个层。
在一个实施例中，当固化时，所述聚合物的硬度可在30至90肖氏(Shore)A之间，优选在35至85肖氏A之间，更优选在65至85肖氏A之间，更优选在70至80肖氏A之间，更优选在75肖氏A左右。聚合物的一个示例是有机硅，其中一种类型可以是为3D打印而设计的DowCorning LC3335液体硅橡胶，其具有大约50肖氏A硬度。也可使用适用于3D打印的其他类型的聚合物和有机硅，并且特定类型的有机硅或聚合物对于本发明不是必需的，但是3D打印的弹性、硬度和功能可以被视为重要的因素。由于限定多个单元的壁的柔性，中底的最终肖氏硬度可低于材料的肖氏硬度。因此，壁进入单元的柔性在材料包括单元和壁这两者的区域或体积上提供较低的材料硬度。
3D打印方法使用的是Fusion Deposition Modelling(熔融沉积成型)，其将两种定义的流体强制通过静态混合器，然后再从喷嘴中挤出，这取决于精确的应用。可使用的一种打印设备是德国RapRap GMbH 3D打印机X400PRO 3D打印机。可使用其他类型的打印机。
在一个实施例中，所述每个壁的厚度可在0.4mm至1.6mm之间，更优选地在0.5mm至1.2mm之间，更优选地在0.6mm至1.0mm之间，或者更优选地在0.7mm至0.9mm之间。壁的厚度可由3D打印线的厚度和/或多个3D打印线来控制。线的厚度可控制壁的阻力，这是因为增加的厚度将提供增加的阻力。中底的一些区域可具有拥有一个厚度的壁，而其他区域可具有增加或减少的厚度，这取决于区域所期望的功能。
在一个实施例中，在所述中底的厚度方向上的结构稳定性可比在所述中底的纵向方向和/或横向方向上的结构稳定性更强。因此，中底的阻力在垂直方向上可高于在中底的纵向方向或横向方向上。由于使用者在使用中底时主要在垂直方向上提供力矢量，因此较高的阻力有助于中底的轮廓成形。因此，通过在垂直方向-即某种程度平行于壁-提供增加的阻力，当将中底放置在鞋中时，可容易使中底变形，以使其穿过鞋面中的开口。
中底可在中底的顶部上被提供有内底，该内底可以在中底的面向脚的表面与使用者的脚之间。内底的提供可提供增加的舒适度，以提供中间表面来分布由脚施加的力，使得使用者不会感觉到中底的壁。
在一个实施例中，中底作为一个整体可以由多个壁和单元形成。因此，整个中底可以由3D打印的弹性材料构成，其中整个中底可由相同的材料3D打印。
在一个实施例中，所述至少一个单元可从面向鞋底的表面至面向脚的表面是开放的，以改善中底的透气性和/或来自使用者脚的热量在中底中的积聚。通过提供从一个表面到另一个表面开放的单元，可使用壁的变形来提供透气的中底。当使用来自脚的力而使中底变形时，所述单元可产生真空效果或增加的压力，以便在使用时为脚底透气。替代地，所述单元可被用于经由可设置在鞋的外底中的流体连通手段和/或通道将空气从鞋的内部传递到外部。
在一个实施例中，至少一个单元可没有任何液体、颗粒或固体材料，这允许第二位置中的壁变形到由其第一位置中的单元限定的体积中而没有任何实质的阻碍。因此，中底以这样一种方式提供：即在单元内除了空气或类似的气态物质之外没有其它材料，使得单元的任何部分都不能防止壁变形和/或塌陷，并且单元的内部容积的内容物对中底和/或壁的阻力没有影响。
本说明书可进一步涉及一种用于鞋的鞋底组件，其中该鞋底组件包括提供地面接触表面的外底、根据本说明书的中底，并且其中该鞋底组件还可包括在使用过程中可被提供在中底和使用者的脚之间的内底。
在一个实施例中，在中底的周缘，即，在侧面，脚趾和脚跟区域，设有限定了中底的外周缘的壁。因此，中底可被提供有侧壁，其中侧壁限定中底的外周缘。侧壁的各层可平行于中底的周缘。因此，中底的周缘侧壁可封闭邻接侧壁的单元，这意味着侧壁将防止沿侧向方向进入任何单元。
在一个实施例中，所述中底的每个材料层可被3D打印在前一层的顶部上。
附图说明
图1示出了根据本申请的中底的立体图，
图2示出了根据本申请的中底的脚跟区域的俯视图，
图3示出了本申请的截面图，以及
图4示出了根据本申请的中底的单元的三个壁的截面图。
具体实施方式
图1示出了中底1的立体图，其具有脚跟区域2、脚弓区域3和前脚区域4。中底包括外侧5和内侧6，以及脚趾端部7和脚跟端部8。脚跟区域2被构造成接收脚的脚跟，其中脚跟区域是在运动期间中底接收第一冲击的区域。从该图中可看出，脚跟区域具有比前脚区域4更大的高度，其中内侧6上的脚弓区域3具有可大于脚跟区域和前脚区域的高度。
中底1包括多个单元18和多个壁9，其中壁彼此互连，在中底1中形成多个开口单元18。在该示例性实施例中，壁形成具有六边形形状的单元18，其中每个单元18具有六个互连的壁，并且中底的中心区域10中的每个壁限定两个单元中的一个壁。
中底1的周缘区域11可被提供有围绕中底的周缘延伸的周缘壁12，以便当中底1被插入鞋中时，提供能够接触鞋外底和/或鞋面的相应表面的周缘壁。
图2示出了根据本申请的中底1的俯视图，其中中底被提供有至少一个加固部分13，其中加固部分可适于从单元18的一个壁9延伸到同一单元18的相反壁，以便为围绕单元18的壁9提供额外的结构稳定性。加固部分13可被用于向中底1提供方向稳定性，从而加固部分13可加固中底的某些区域，以便区分中底的某些部分。可通过在预定壁中提供加固部分来作为增加厚度的材料，其中该厚度可高于中底1的其他壁的厚度。
图3示出了根据本申请的中底1的截面图，其中该截面图是沿着图2中的轴线III-III截取的。图3示出了每个壁的结构，是从侧面截取的，其中可以看出，每个壁9由多个层14构成，当在中底的制造期间对进行3D打印多个层时，该多个层14在彼此的顶部堆叠。关于该多个层，可看到该多个层的截面图，其中每一层包括材料股(strand of material)15，其横截面形状基本上是圆形的。每个材料股15形成层，并且每个层可遍布在鞋的整个区域，特别是当谈到形成中底的基本上平坦的底表面的最底层16时，其中，特别是当中底的一部分在某个区域中比另一区域中更少的层时，后续的层17、19可仅沿着中底的一部分而分布。例如，当脚跟区域包括6-10个材料层时，脚弓区域可包括10-14个材料层，以抬起脚弓部分，和/或前脚区域可包括甚至更少的区域，或者例如4-6个层。该层的量级仅仅是示例性的，并不代表中底1的所有实施例。
图4示出了单元23的三个壁20、21、22的截面示意图。该单元具有面向脚的表面24和面向鞋底的表面25，其中当中底1被放置在鞋中时，面向脚的表面面向使用者的脚，并且面向鞋底的表面面向鞋的鞋底。每个壁20、21、22基本上沿着纵向轴线A延伸，其中纵向轴线基本上垂直于(当中底布置在鞋底中时)或正交于中底1的面向鞋底的表面。
3D打印材料的第一层26被定位于3D打印材料的第二层27的顶部，第二层27又被定位于3D打印材料的第三层28的顶部，其中每一层与前一层融合和/或结合，使得当在纵向轴线A的方向上施加力时，一个壁20、21、22能够变形离开纵向轴线A。因此，每个壁提供对该力的阻力，但是当被施加到单个壁的力超过壁的弯曲力时，至少一部分壁将偏离该纵向轴线。当将力从该壁移除时，由于3D打印壁的弹性材料的形状记忆，壁将返回其初始位置。
当沿方向A施加的力被施加到面向脚的表面24并且面向鞋底的表面是静止的(沿A轴线方向)并且该力超过一个或多个壁的弯曲力时，面向脚的表面24将移动而更靠近面向鞋底的表面25，并且一部分壁将开始移动离开纵轴线，从而为表面24、25移动而更靠近彼此提供空间。单元23或相邻单元(未示出)中的开放空间将允许壁变形而离开纵轴，并且从而改变单元的形状，使得单元23的至少一部分的体积和/或半径由于壁的变形而减小或增大。此外，沿方向A施加的力可导致壁从壁和/或单元的面向鞋底的表面25到面向脚的表面24的高度降低。
施加到中底的力可例如在行走或跑步期间沿多于一个方向的方向被施加到单元23和/或壁上，其中该力不仅沿方向A，还可沿与轴线A成角度的方向。该力在不屈曲(buckling)的情况下，可导致壁弯曲而偏离方向A，从而导致单元的半径发生变化。
因此，通过提供一种具有多个壁20、21、22和弹性材料的单元23的中底，可提供一种能够在变形期间储存能量的中底，并因此作为鞋的中底成为鞋中的减震器。
术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“其一”、“其二”、“其三”等的使用并不暗示任何特定顺序，而是被包括在内以标识各个元件。此外，术语“第一””、“第二”、“第三”和“第四”、“其一”、“其二”、“其三”等的使用并不表示任何顺序或重要性，而是术语“”第一”、“第二”、“第三”和“第四”、“其一”、“其二”、“其三”等被用于将一个元件与另一个元件区分开。注意，“第一”、“”第二”、“第三”和“第四”、“其一”、“其二”、“其三”等单词在这里和其他地方仅用于标记目的，并不旨在表示任何特定的体积或时间顺序。
此外，第一元件的标记并不暗示第二元件的存在，反之亦然。
尽管已经示出和描述了特征，但是应当理解，它们并不旨在限制要求保护的发明，并且对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离要求保护的发明的精神和范围的情况下可做出各种改变和修改。因此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。要求保护的发明旨在覆盖所有替代、修改和等同形式。
