结合缠绕元件的鞋类制品及相关制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月27日提交的美国临时专利申请序号62/477,163的优先权和权益，其公开内容通过引用整体地结合于本文中。
技术领域
本发明总体上涉及鞋类领域，并且更具体而言，涉及结合缠绕部分的鞋类制品的至少一部分，以及用于制造这样的缠绕部分的系统和方法。例如，在于鞋帮或其部分中形成选择性的支撑和弹性区域方面，这些缠绕部分可以是有益的。
背景技术
在多种行业和产品中，在织物的不同区域中结合具有不同结构特性的材料可能是重要的。例如，鞋类，并且更具体而言运动鞋，包括鞋帮，该鞋帮具有在该鞋帮的不同区域中所需的不同的拉伸和支撑特性。传统上，用于运动鞋的鞋帮由多个不同的材料部分形成，其中这些部分置于鞋类的鞋帮的不同区域中，或在鞋类的某些区域中彼此层叠，以为鞋提供期望的结构和性能特性。然而，由这些多种材料部分形成鞋类可能既劳动密集又昂贵，同时还可能增加重量以及对鞋类的结构和性能能力增加其他不利的物理限制。另外，当在其后必须重新成形为三维形状以形成鞋的平坦的织物结构上施加结构特征时，可能会限制成品鞋上可获得的结构特征和益处。
发明内容
考虑到与通过传统方法形成具有复杂和变化的结构特性的织物元件相关的复杂性和成本，期望提供用于标准织物的改进的方法和处理，该方法和处理允许通过改进的以及在某些实施例中为自动和/或可定制的方法和系统而在鞋类上提供复杂的结构和/或装饰特征。因此，本文所描述的系统和方法提供了创新的方法，其用于在织物元件之上和之中创建独特的结构和美学特征，该织物元件例如用于在鞋类制品的鞋帮的形成中使用。
本发明的第一方面包括一种制造用于鞋类制品的鞋帮的至少一部分的方法。该方法包括以下步骤：提供支撑结构；提供纤维输送系统；将第一纤维的第一端钉固到所述支撑结构上；使所述支撑结构和所述纤维输送系统中的至少一个相对于彼此移动，以将所述第一纤维缠绕在所述支撑结构周围；在将所述第一纤维定位到所述支撑结构上后，切割所述第一纤维的第二端；以及处理所述第一纤维的至少一部分，以将其固定地保持成缠绕布置结构，并且形成用于结合到鞋类制品中的织物层。在一个实施例中，所述方法还包括将一种或多种基材放置在所述支撑结构之上，使得所述第一纤维被钉固到所述基材并且缠绕到所述基材上。在某些实施例中，一种或多种覆盖材料可被放置在缠绕的纤维的至少一部分之上。处理所述第一纤维可包括或基本上包括在所述第一纤维被缠绕在所述支撑结构周围的同时对所述第一纤维施加能量，以将所述第一纤维至少部分地熔合至其上缠绕有所述第一纤维的所述基材。
所述支撑结构可包括鞋楦或其一部分，或者基本上由鞋楦或其一部分构成。所述纤维输送系统可包括末端执行器，其适于可控地将一种或多种纤维的卷轴解绕（unspool）到表面上。所述纤维输送系统还可包括用于切割纤维的至少一个切割器和/或用于处理纤维的至少一个能量产生元件。所述能量产生元件可包括加热元件，其适于将所述第一纤维加热至足以至少部分地熔化所述第一纤维的温度。
在一个实施例中，使所述支撑结构移动包括使所述支撑结构相对于所述纤维输送系统围绕与所述支撑结构相关联的至少第一旋转轴线旋转。替代地或附加地，使所述支撑结构相对于所述纤维输送系统移动可包括使所述纤维输送系统围绕与所述支撑结构相关联的至少第一旋转轴线旋转。
处理所述第一纤维可包括对所述第一纤维施加能量，以将所述第一纤维至少部分地熔合至相邻的第一纤维部分和所述第一纤维所覆盖的基材中的至少一个。所述第一纤维可由线、细丝（filament）、绳、饰带（lace）、丝带（ribbon）、带条（tape）和/或带中的至少一种形成。在一个实施例中，至少一个第二纤维可在将所述第一纤维缠绕在所述支撑结构周围的同时或之后缠绕在所述支撑结构周围。所述第二纤维可以是与第一纤维相同的材料，或者可具有与第一纤维不同的结构特性和/或不同的美学特性（例如，不同的颜色和/或纹理）中的至少一者。
在一个实施例中，使所述支撑结构相对于所述纤维输送系统移动以将第一纤维缠绕在所述支撑结构周围包括：以交叉构造将纤维的至少一部分覆盖在所述支撑结构之上。在一个实施例中，所述第一纤维的至少一部分沿与完成的鞋类制品在体育活动期间将经受的至少一个主要应力方向平行或至少基本上平行的方向缠绕在所述支撑结构周围。缠绕的第一纤维可位于鞋类制品的前脚部分、中脚部分和/或后跟部分中。所述第一纤维的第一端和/或所述第一纤维的第二端可位于鞋类制品的脚下部分中，因此其在成品鞋中隐藏于视野之外。所述第一纤维能够以多个缠绕部（in a plurality of winds）缠绕在所述支撑结构周围。所述第一纤维的两个相邻缠绕部的至少一部分可基本上平行和/或所述第一纤维的两个相邻缠绕部的至少一部分可交叉。
本发明的另一方面包括一种根据本文所述的方法来制造的鞋类制品。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，相同的附图标记通常表示相同的部分。此外，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在下面的描述中，描述了本发明的各种实施例。
图1是根据本发明的一些实施例的鞋类制品的透视图；
图2是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的鞋类制品的侧视图；
图3A至图3F是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的其他鞋类制品的侧视图；
图4是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的另一鞋类制品的鞋帮的侧视图；
图5是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的另一鞋类制品的鞋帮的透视图；
图6是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的另一鞋类制品的侧视图；
图7A至图7F是根据本发明的一些实施例的结合缠绕鞋帮区域的其他鞋类制品的视图；
图8是根据本发明的一些实施例的将缠绕元件结合到鞋底和鞋帮中的鞋类制品的透视图；
图9是根据本发明的一些实施例的缠绕在鞋类制品的鞋帮和鞋底之间的纤维的透视图；
图10是根据本发明的一些实施例的缠绕在鞋类制品的鞋帮和鞋底之上的多个纤维的透视图；
图11A是根据本发明的一些实施例的缠绕在鞋楦部分之上的纤维的透视图；
图11B是根据本发明的一些实施例的用于鞋类制品的缠绕舌（wound tongue）的透视图；
图12A和图12B是根据本发明的一些实施例的包括缠绕部分的层状材料的示意性透视图；
图13A至图13C是根据本发明的一些实施例的用于结合到缠绕材料部分中的纤维的示意性透视图；
图14A和图14B是根据本发明的一些实施例的用于结合到缠绕材料部分中的材料条的示意性透视图；
图15A和图15B是根据本发明的一些实施例的由一个或多个缠绕材料条形成缠绕材料部分的方法的示意性透视图；
图16A至图16D是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的一种方法的示意性透视图；
图17A至图17D是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的另一方法的示意性透视图；
图18A至图18C是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的另一方法的示意性透视图；
图19A至图19C是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的另一方法的示意性透视图；
图20A至图20C是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的另一方法的示意性透视图；
图21A至图21C是根据本发明的一些实施例的形成缠绕材料部分的另一方法的示意性透视图；
图22A至图23C是根据本发明的一些实施例的用于形成缠绕材料部分的示例性鞋楦的视图；
图24A和图24B是根据本发明的一些实施例的用于安装用于形成缠绕材料部分的支撑结构的系统的示意图；
图25A至图25E是根据本发明的一些实施例的形成包括缠绕材料部分的鞋的一种方法的透视图；
图26A至图27B是根据本发明的一些实施例的用于形成用于鞋类制品的缠绕材料部分的多自由度机器人系统的视图；
图28A至图35C是根据本发明的一些实施例的用于形成用于鞋类制品的缠绕材料部分的示例性鞋楦和相关元件的视图；
图36A至图36D是根据本发明的一些实施例的形成包括缠绕材料部分的鞋的另一方法的视图；
图37A至图37C是根据本发明的一些实施例的用于形成包括缠绕材料部分的鞋的其他系统的视图；
图38是根据本发明的一些实施例的用于鞋类制品的鞋帮的透视图，该鞋帮具有结合在其上的缠绕纤维部分；
图39A至图39C是根据本发明的一些实施例的用于将缠绕元件附接到基材的示例性方法的示意图；
图40是根据本发明的一些实施例的用于将缠绕元件附接到基材的另一方法的示意性透视图；
图41是根据本发明的一些实施例的将基材保持到鞋楦的示例性方法的示意图；以及
图42A至图42K示出了根据本发明的一些实施例的用于将缠绕元件缠绕至基材的示例性缠绕路径。
通过参考下面的描述、附图和权利要求，本文公开的这些和其他目的以及本发明的优点和特征将变得更加明显。此外，要理解的是，本文所描述的各种实施例的特征不是互相排斥的，并且可按照各种组合和排列存在。
具体实施方式
本文描述的本发明总体上涉及如下方法和系统，即：其用于形成鞋和其他结构的缠绕部分，并且在一个实施例中，由缠绕纤维结构形成用于运动鞋的鞋帮的至少一部分。至少部分地由缠绕材料形成材料部分允许将结构支撑元件选择性地定位在鞋帮中，以改善鞋帮的性能，而不增加不必要的重量。本文所描述的系统和方法可利用特定于运动或鞋类制品的性能数据来创建专门针对特定运动并且甚至是特定运动员而调适和定制的鞋帮。另外，本文所描述的系统和方法可被自动化，来以最小的劳动以及高度的可重复性和质量来生产完全成型的鞋帮。
图1和图2示出了具有鞋帮15和鞋底20的鞋10。该鞋具有前脚区域25、中脚区域30、后跟区域35以及脚开口40。鞋10还包括处于鞋帮15的前脚区域25中的靠近鞋底20的鞋头45以及处于中脚区域30中的靠近脚开口40的鞋舌部分50。该鞋还包括外侧55（对应于穿着者的脚的外侧）和内侧60（对应于穿着者的脚的内侧）。图2的鞋10还示出了后跟稳定部（heelcounter）65，以为鞋的后跟区域35提供结构支撑。
图2的鞋10包括闭合系统，其包括延伸穿过多个鞋带孔75的系带元件70。在替代实施例中，可利用任何适当的鞋闭合系统，例如但不限于钩环闭合系统、带式闭合系统或者如本领域中已知的任何其他适当的鞋类闭合系统。在一个实施例中，鞋帮15可以是套穿（slip-on）构造，并且例如可包括靴型构造，该构造在鞋的中脚区域30中在穿着者的中脚的顶部上弹性地延伸，以将脚保持在鞋内，而无需单独的闭合系统。
鞋底20可包括中底，当鞋与地面接触时，该中底具有面向鞋的内部的上表面和面向地面的下表面。在某些实施例中，鞋底可包括附加的元件，例如但不限于鞋垫元件、稳定性结构和/或防滑钉、鞋钉或其他抓地元件。本文所述的用于鞋底和鞋底元件的材料可包括但不限于聚合物材料，其可包括聚合物、弹性体和/或热塑性塑料或者基本上由上述材料组成。例如，该聚合物材料可以是乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、EVA共聚物、聚乙烯（PE）、氯化聚乙烯（CPE）、聚氨酯（PU）、热塑性聚氨酯（TPU）、热塑性离聚物树脂（例如，DuPont™ Surlyn®）、吹塑橡胶或热塑性橡胶（TPR）。在一个实施例中，该中底可由具有适当的性能、抓地附着力、耐磨性和耐用性特征的材料（例如，地面接触EVA）形成，以允许其用作鞋底的地面接触表面。在替代实施例中，一个或多个外底元件（例如，橡胶外底元件）可被附接到中底的下表面78或其部分，以为鞋10提供适当的地面接触特性。
在本发明的一个实施例中，鞋帮15或其一部分可至少部分地由一种或多种纤维（例如，线、细丝、绳、饰带、丝带、带条、带或其他细长元件）形成，该纤维绕鞋楦或其他支撑元件缠绕，以形成鞋10的鞋帮15的至少一部分。这些纤维可以是单丝或复丝结构，并且例如可形成为编造、编织或缠绕的多元件结构。可通过自动铺带（“ATL”）、自动纤维铺设（“AFP”）、原位固结或其他适当的纤维或带铺设技术来施加一种或多种纤维。缠绕区域80或多个缠绕区域可形成鞋帮15的全部或大部分，或者可形成鞋帮15的一个或多个局部区域。例如，图2的鞋10包括基本上完全由缠绕材料区域80制成的鞋帮15，其中鞋头45和后跟稳定部65相应地在前脚区域25和后跟区域35中提供附加的支撑。
缠绕鞋帮15或缠绕鞋帮区域80能够以多种方式形成。在一个实施例中，柔性细长元件（例如，纤维）可被缠绕在结构支撑元件（例如，鞋楦或其一部分）之上，以在该结构支撑元件上形成缠绕材料。该缠绕材料可沿一致或基本上一致的方向缠绕到结构支撑元件上，以将缠绕材料形成为多个平行或基本上平行的纤维。然后，这些平行的纤维可被熔合、结合、缝合或以其他方式连接，以形成用于鞋类制品的鞋帮中的稳定结构。替代地或附加地，纤维能够以交叉和/或互锁的方式缠绕到支撑结构上，以形成鞋帮材料织物部分，其中该交叉/互锁的织物部分熔合、结合、缝合或以其他方式永久地连接，以形成成品部分。取决于所需的结构性能特性和/或美学，纤维可按基本上线性的布置结构铺设，或者结合弯曲部分和/或尖角部分。
可替代地，可留下纤维不熔合（局部或整体），使得织物交叉/互锁提供足够的结构稳定性，以将成品织物保持在一起。例如，可选择具有高表面摩擦特性的纤维，以在相邻纤维部分之间提供一定程度的结构稳定性，其中纤维部分之间的摩擦程度控制纤维在使用期间相对于彼此移动的程度。在一个实施例中，具有相对低的表面摩擦特性的纤维可用于允许相邻的纤维相对于彼此移动。例如，在需要高度的鞋帮柔韧性和/或透气性的实施例中，这可能是有用的。在一个实施例中，纤维通过鞋的鞋底沿它们的底部范围保持就位，其中形成鞋帮的纤维部分或者彼此完全分开，或者在鞋帮范围上的离散位置局部钉固到彼此。
在一个实施例中，一个或多个基材层可在将纤维缠绕到结构支撑元件上之前放置在结构支撑元件之上，使得纤维被缠绕在基材之上，以为基材提供结构支撑和/或在基材的表面上提供美学设计。例如，织物的靴型或短袜型鞋帮可被放置到鞋楦上，而纤维其后缠绕在靴上，以为成品靴提供局部定向支撑。在各种实施例中，用于基层的材料可包括以下材料或基本上由以下材料组成，即：纺织品或其他织物，例如编织材料、织造材料、非织造材料、粗布（skrim）或任何其他适当的织物材料。可替代地，该基层可由膜或片材（例如，TPU膜）或者能够为缠绕纤维提供结构稳定性的任何其他材料形成。在某些实施例中，基材可由多层材料形成。一个或多个基层可由如下材料制成，例如但不限于聚酯、尼龙、氨纶或其他弹性材料、天然纤维（例如，棉或羊毛）、皮革、其混合物、热塑性聚氨酯（TPU）或者用于鞋类鞋帮的构造中的任何其他适当的材料。在某些实施例中，除了或代替缠绕部分下面的基层，材料层可被定位在缠绕层或其一部分之上。一个或多个覆盖层可由透明或不透明的材料（其可与基层材料相同或不同）形成，这取决于是否期望缠绕纤维在覆盖层下方可见。
在各种实施例中，可仔细选择用于形成缠绕织物部分的纤维，以为鞋帮提供适当水平的支撑、拉伸、刚度和稳定性，其中，纤维材料（或多种纤维材料）的选择、纤维的厚度、纤维的结构（例如，单丝型纤维、复丝纤维、涂层纤维等）、纤维在支撑结构上的定向（或多个定向）和/或纤维在缠绕之后的处理允许在所得到的织物中使用范围广泛的结构和美学选择。可用作纤维的示例性材料包括但不限于天然纤维、热塑性塑料（例如，TPU、聚酯等）、热熔带、织造线和/或胶带（例如美国马萨诸塞州Shirley的Bemis Associates，Inc.提供的接缝胶带）。
在图3A至图3F中可看到结合缠绕纤维的多种示例性鞋。图3A示出了鞋10，其包括在鞋10的整个长度上作为多个平行带110延伸的纤维100。这些带的定向（即，带相对于鞋的纵向和横向轴线的角度）在鞋10的长度上是一致的。在替代实施例中，带的定向在鞋10的不同部分中可以不同。图3B示出了与图3A的实施例类似的鞋10，但是具有相应地在脚趾和后跟区域中的缠绕材料之上延伸的鞋头45和后跟稳定部65。
图3C和图3D示出了具有基材105的鞋10，纤维100在中脚（或鞍形）区域30中缠绕到该基材105上，以仅在该区域30中提供附加的结构支撑，而不影响鞋10的其余部分的结构特性。纤维100从靠近鞋带孔75的区域向下延伸到中脚区域30中的鞋底20，以减小鞋帮15在该区域中的拉伸，并且由此在系带时提供附加的支撑和贴合。在图3C的实施例中，缠绕纤维100的所有带110相对鞋10的水平纵向平面115（即，等同于地板）以大约60°的锐角沿相同的方向延伸。通过将带110定向成平行、对准的布置结构，缠绕部分在与这些带的纵向方向平行的方向上产生增加的支撑和减小的拉伸，而在垂直于带的纵向方向的方向上没有在相同的程度上降低鞋帮15的柔韧性和弹性。
带110在与带110的纵向方向平行以外的方向上降低鞋帮15的弹性的程度例如可通过如下方式来控制，即：通过控制对准的平行带110的密度以及带110与基材105之间的结合性质。例如，使相邻的带110彼此隔开允许下面的基材105在带110之间的区域中拉伸，而将相邻的带110以邻接布置结构放置将防止或基本上防止缠绕区域中的基材105比带110拉伸更多。
在图3D的实施例中，鞋帮15包括：第一组带117，其以第一角度（在这种情况下，相对鞋的水平纵向平面为大约60°）延伸；以及第二组带120，其在中脚区域30内以第二角度（在这种情况下，相对鞋的水平纵向平面为大约110°）延伸。结合沿不同方向延伸的多组重叠和/或相邻的带允许缠绕区域在多个方向上支持鞋10的拉伸和稳定性。在替代实施例中，如图3F中所示，鞋帮15包括在中脚区域30中以第一角度延伸的第一组带117以及在后跟区域35中以第二角度延伸的第二组带130。本发明的其他实施例可包括在鞋10的任何一个区域或多个区域中的不同区域中延伸的一层或多层带。
在图3E的实施例中，鞋帮15包括在其对准角度上变化的第一组带135，其中每个带110相对其相邻的带110以不同的角度在鞋帮15之上延伸。在图3E的实施例中，带110在鞋10的中脚区域30内以辐射布置结构从鞋帮15的鞋带部分70延伸。在替代布置结构中，每个带110可相对于铺设的先前带110以任何所需的角度围绕鞋帮15或其一部分延伸，使得可在鞋10的适当区域中创建多个复杂的缠绕模式。
在本发明的某些实施例中，不需要基材，其中一种或多种纤维被直接缠绕到鞋楦或其他结构上以产生鞋类。例如，图4示出了鞋楦200，纤维205被缠绕到该鞋楦200上以形成多个条带部分210（每个条带部分210具有多个相邻的纤维205，其粘结或以其他方式连接到彼此以形成带状部分210），这些条带部分210形成开放式凉鞋型鞋帮布置结构。图5示出了鞋帮15，其完全由缠绕在鞋楦200之上的纤维205形成，其中，纤维205沿基本上垂直于鞋楦200的纵向轴线215的方向缠绕，以在鞋帮15的前脚和中脚部分中形成第一区域220，并且其中，纤维205沿相对鞋楦200的纵向轴线215成锐角的第二方向缠绕，以在鞋帮15的后跟区域35中形成第二区域225。在从鞋楦200移除时，所得到的缠绕鞋帮15可具有添加到鞋帮15的鞋头和后套（heel cap），以完成由于鞋楦在脚趾和脚跟处的延伸部230而开着的脚跟和脚趾部分。
在一个实施例中，如图6中所示，鞋帮15可由多个缠绕纤维区域形成，这些缠绕纤维区域在鞋的不同区域上沿不同的方向延伸并且彼此重叠，以形成用于鞋10的完整的闭合鞋帮15。这里，鞋帮15包括前脚区域240、第一中脚区域245、第二中脚区域250和后跟区域255。该鞋还包括鞋底20和鞋舌部分265。每个区域包括多个平行的相邻纤维205，其被熔合或以其他方式结合在一起以形成鞋帮15，其中这些区域在它们的重叠区域处结合在一起。该鞋所提供的柔韧性和支撑受以下因素控制，这些因素包括但不限于纤维205在给定区域中的定向、尺寸、弹性、密度和结合程度。
在图7A至图7F中可看到至少部分地由缠绕纤维形成的其他示例性鞋。图7A的鞋包括由多个重叠的缠绕区域形成的前脚区域25和由多个重叠的缠绕区域形成的单独的后跟区域35，其中单独的材料部分270（由针织、织造、非织造、皮革或其他材料形成）在中脚区域30之上延伸并且将前脚缠绕部分和后跟缠绕部分分开。
图7B的鞋包括全缠绕鞋帮15，其中覆盖材料275在内侧和外侧两者上的中脚区域30中在缠绕材料80之上延伸，并且系带部分70在内侧和外侧上的覆盖材料之间延伸，以提供用于使鞋10围绕脚收紧的机构。覆盖部分275可从鞋底单元20延伸作为从鞋底向上延伸的整体材料，或者可以是放置在缠绕鞋帮15之上并连接到鞋底20和/或缠绕鞋帮材料80的单独的材料部分。
图7C的鞋10包括鞋帮15，其基本上由一种或多种基材280（例如，一种或多种针织、织造、非织造、皮革或其他材料部分）形成，其中缠绕部分285位于基材之上，以在中脚区域30中提供附加的支撑。在该实施例中，缠绕部分285在鞋帮15和鞋底单元20两者的外侧上延伸，并且在基材280和鞋底20已被结合、粘结或以其他方式连接在一起之后被添加到鞋10。
图7D的鞋10包括鞋帮15，其具有由多个重叠的缠绕区域80形成的前脚区域25，其中每个缠绕区域80由不同颜色的纤维形成。在本发明的各种实施例中，鞋帮15的不同区域可由具有不同颜色、尺寸和/或结构特性的任何组合的纤维形成，这取决于所需的特定性能特性和美学。在一个实施例中，缠绕区域80可由单纤维形成，该单纤维已被染色或以其他方式处理，以在沿其长度的不同部分处具有不同的颜色。在替代实施例中，可使用不同的纤维来形成不同的区域，其中每个不同的纤维具有选定的颜色（或多种颜色）。在另一实施例中，在将纤维缠绕到鞋帮15的一部分中之后，可将颜色染到纤维上或以其他方式施加于纤维。
在一个实施例中，如图7E中所示，缠绕部分80可被结合到诸如足球鞋之类的带钉鞋类中，并且可在防滑钉290周围延伸或者在防滑钉290所在的板上方延伸。在替代实施例中，例如田径钉鞋、越野鞋、跑鞋、训练鞋之类的其他类型的运动鞋可结合一个或多个缠绕部分。图7F中示出了示例性跑鞋，其具有在基材之上延伸的多个缠绕部分。在另外的替代实施例中，例如安全鞋、时尚鞋之类的其他类型的鞋类可至少部分地由缠绕结构形成。
在本发明的一个实施例中，纤维305可缠绕在鞋10的鞋帮15和鞋底20两者周围。例如，图8中所示的鞋10包括纤维305，其反复地缠绕在鞋帮基材300和鞋底元件20两者周围，以形成成品鞋10。例如，在将鞋帮15固定地附接到鞋底20方面，将纤维305缠绕在鞋帮15和鞋底20两者周围可能是有益的，从而为鞋底提供抓地元件，为鞋10提供增强的支撑区域，和/或为鞋10提供独特的美感。如图8中所示，鞋底20可形成有引导元件310（在这种情况下为引导通道），以保持和支撑缠绕纤维305。在替代实施例中，鞋底20可没有引导元件310。在图8的实施例中，单纤维305用于通过将纤维305反复地缠绕在鞋10周围而形成用于鞋底20和鞋帮15的缠绕支撑结构。在例如图10中所示的鞋10之类的替代实施例中，多个纤维305可缠绕在鞋帮15和附接的鞋底元件20周围，以形成成品鞋。更一般而言，在一个实施例中，单纤维构造被用于鞋的缠绕区域（或多个区域）180，而在替代实施例中，可利用多个不同的纤维（具有不同的性质和/或颜色）来形成鞋帮的缠绕材料部分，其中这些不同的纤维被同时或一个接一个地添加，并且被覆盖在相同的区域中和/或分别缠绕在鞋的不同区域上。
在一个实施例中，缠绕纤维可缠绕在鞋楦（并且在一些实施例中，置于鞋楦上的一种或多种基材）之上，以形成鞋的鞋帮，其中鞋底其后结合、粘结、熔合或以其他方式附接到鞋帮，以形成成品鞋，其中缠绕纤维在鞋帮和鞋底之间延伸。在另一替代实施例中，如图9中所示，鞋底20可在缠绕之前在第一区域（图9的实施例中的后跟区域35）中部分地结合到鞋帮15，其中纤维305在鞋底20未附接（并保持不妨碍）的区域中缠绕在鞋10周围，其后鞋底20被完全结合到鞋帮15，以完成鞋并将缠绕区域80保持就位。
在某些实施例中，鞋可包括在鞋底和鞋帮之间延伸的缠绕部分以及在鞋底和鞋帮两者周围延伸的缠绕部分两者。例如，缠绕纤维可在一个或多个第一区域中围绕鞋帮和鞋底两者延伸，而在其他区域中在鞋底和鞋帮之间延伸。
在本发明的一个实施例中，纤维可缠绕在特定形状的结构元件周围，以形成鞋的特定部分。例如，图11A示出了形成鞋帮的前脚部分405的结构元件400，其中在结构元件400连接到附加的结构元件410（在这种情况下为鞋楦的后跟部分）之前，纤维305缠绕在该区域周围以形成缠绕前脚鞋帮部分，以允许执行附加的制造步骤来生产成品鞋帮。在图11B的示例中，结构元件可被成形、定尺寸以及以其他方式构造成允许缠绕在其周围的纤维形成鞋的鞋舌部分415。
通过使用缠绕纤维而产生的材料部分可采取多种形式，并且具有多个层和层的布置结构。这可包括完全由一层或多层缠绕纤维形成的材料部分，或者由结合有一层或多层缠绕纤维的一个或多个材料层（例如，一个或多个基层和/或覆盖层）形成的材料部分。例如，在图12A中，用于结合到鞋帮中的材料部分由基层500形成，缠绕层部分505被定位到该基层500上，其中非缠绕区域510（例如，针织、织造、非织造、皮革或其他织物材料部分）与缠绕区域505相邻放置，以形成材料部分的外层。在图12B中，基层500位于缠绕层505下方，其中非缠绕材料的多个覆盖层部分515放置在缠绕层505的选定部分之上并覆盖该选定部分，而缠绕层505的其他部分则被暴露。在替代实施例中，整个缠绕层505可被一个或多个覆盖层515覆盖。
用于创建缠绕部分的纤维305可采取任何适当的形式。例如，纤维可由单丝或单材料（或材料的混合物）形成，如图13A中所示。可替代地，纤维305可由两层或更多层材料形成，所述材料例如具有由外部覆盖层525覆盖的内部核心520，如图13B中所示。在该实施例中，核心层520可用于提供选定的结构特性（例如，拉伸、刚度等），而外层525可以是特别选择的材料，以在相邻的纤维之间以及在纤维和鞋帮中的其他相邻材料之间提供适当的结合。例如，外层525可以是热熔材料，其可在局部施加热时选择性地熔化并冷却以结合到相邻的材料。在一个实施例中，纤维305可由多个缠绕细丝530形成，其示例在图13C中示出。在一个实施例中，外部覆盖层可以在施加之后变硬的液体形式喷涂、涂覆或以其他方式引导到纤维材料上。
在一个实施例中，纤维305可采取丝带、带条或其他二维材料条的形式。该条可形成为单一材料条535，如图14A中所示，或者形成有内部结构核心540和外层545，如图14B中所示。这些条535能够以重叠的构造定位，并且其后在它们的重叠区域550处进行处理（例如，通过加热、超声结合等），以形成缠绕材料的成品片555，如图15A和图15B中所示。可替代地，条535可被布置成邻接布置结构或者形成结合到基材的多个分开的带。
图16A至图21C中示出了形成缠绕材料部分的示例性方法。图16A至图16D中示出了形成缠绕材料部分的第一示例性方法。在该实施例中，缠绕材料部分包括基材500，缠绕纤维305可被附接到其上。纤维305的第一端560在起始位置565处被钉固到基材500上，其后，随着纤维305反复地缠绕在基材500和其上安装该基材500的支撑结构周围，纤维305以多个相邻的条覆盖在基材500之上。当纤维305被放置在基材500上时，通过能量产生元件570对其进行处理（例如，通过施加热、超声波能量或另一能量源，或者可替代地，通过施加胶、水泥或其他粘合剂），以将纤维305固定地附接到基材500，同时保持纤维结构和形状基本上完好。结果，在完成时，完成的材料部分575拥有具备多个相邻的平行纤维的美观成品外观，如图16D中所示。
在替代实施例中，如图17A至图17D中所示，可将足够的热或其他能量施加于纤维305，以基本上完全熔化纤维的外部覆盖层525（图13B），使得相邻纤维的外表面彼此完全或基本上完全地结合并混合，以形成缠绕层的光滑外表面580，但是其中，每个相邻纤维的内部核心520在该表面下方彼此平行放置。结果，缠绕纤维可用于创建具有基本上光滑的外表面但具有隐藏且嵌入材料内的定向支撑元件（纤维的内部核心）的材料结构，如图17D中所示。
图18A至图18C中示出了形成具有基本上光滑的外表面580但具有隐藏且嵌入材料内的定向支撑元件的材料结构的另一种方法。在该实施例中，一个或多个纤维305被缠绕在支撑结构周围以形成具有多个相邻的纤维部段的缠绕区域，其后在整个缠绕区域上全局地施加热或另一种能源，来将纤维熔合在一起，以形成成品部分，而无需下面的基层，但在替代实施例中，基层仍可结合到该结构中。可通过使用加热板590来应用全局热施加。可替代地，纤维缠绕到其上的下面的支撑结构（例如，鞋楦）可包括一个或多个表面元件，该表面元件适于对纤维施加热，来将它们熔合在一起（并且如果需要，则将它们熔合至一个或多个基层）以形成成品部分。
在一个实施例中，如图18C中所示，加热板可施加足够的热和压力，以基本上完全熔化纤维的外部覆盖层，使得相邻纤维的外表面彼此完全或基本上完全地结合并混合，以形成缠绕层的光滑外表面580。在替代实施例中，加热板可仅提供足够的热和压力，以将相邻的纤维熔合在一起（并且如果需要，则将它们熔合至基层），而不会移除缠绕纤维所提供的表面纹理。在另一实施例中，加热板本身可在其上具有纹理化表面，其中该纹理化表面为缠绕纤维层赋予表面纹理。
在一个实施例中，如图19A至图19C中所示，加热板590可被构造成仅将能量施加于缠绕纤维构造的局部区域，而纤维构造的其他区域保持不受影响。结果，结构具有局部结合区域595（例如，如图19C中所示的边缘区域），而该结构的其他区域包含相邻但未结合的纤维部分600（例如，图19C的中央部分）。
可替代地，一个或多个织物层（例如，基层和/或覆盖层）可被构造成结合到缠绕纤维层的选定部分，以将纤维保持就位并产生稳定的成品部分。例如，图21A至图21C示出了具有开放的中央区域605的覆盖层515，该覆盖层515被固定地附接到缠绕纤维层，以形成围绕其外边缘固定地保持就位的缠绕纤维材料，但是这包括在被结合的边缘围绕的中央区域中未结合到彼此的相邻纤维。在替代实施例中，任何适当尺寸或形状的一个或多个织物部分可被施加于缠绕纤维层，以将纤维局部地固定就位，同时使缠绕纤维的其他部分保持自由。
在一个实施例中，多层缠绕纤维可彼此叠置，并且其后结合在一起，以形成具有沿多个方向延伸的纤维的缠绕纤维构造。例如，图20A至图20C示出了包括第一纤维层610和第二纤维层615的缠绕纤维构造，该第一纤维层610包括沿第一方向延伸的第一组缠绕纤维部分，该第二纤维层615包括沿垂直于第一方向的第二方向延伸的第二组缠绕纤维部分。这些缠绕纤维部分其后被处理（例如，通过使用一个或多个加热板590的热粘合），以形成成品部分。
在替代实施例中，取决于完成材料的具体结构要求，两层可相对彼此以任何角度延伸。在另外的替代实施例中，可利用沿任何数量的方向延伸的任何数量的层。通过利用本文所描述的方法的组合，可将范围广泛的美学和结构特性结合到结合缠绕纤维的材料中。更具体而言，仔细地控制结合区域以及那些区域中的结合程度，并且仔细地选择区域内的纤维布置结构，可控制材料的美学和材料的结构特性两者，而位于缠绕纤维层下方和/或上方的材料层提供附加的结构和美学益处。
图22A至图23C中示出了用作结构支撑件的示例性鞋楦，纤维可被缠绕到结构支撑件上。图22A的鞋楦650被构造成为鞋类制品的成品鞋帮提供期望的形状，其中该鞋楦包括前脚区域655、中脚区域660、后跟区域665和脚进入区域670，该脚进入区域670适于在形状上基本上符合穿着者的脚，以为鞋提供舒适且结构合理的形状。
在一个实施例中，如图22A中所示，鞋楦650可被自由地操纵，使得当将一个或多个纤维缠绕到鞋楦650上时，其可通过手或者通过一个或多个夹持装置来保持。在另一个实施例中，如图22B中所示，鞋楦650可被安装到安装元件675（在这种情况下为从鞋楦650的前脚区域655和后跟区域665伸出的杆）上，其中安装元件675提供了用于将鞋楦650在缠绕期间安装到固定或可移动的安装结构的装置。例如，杆675可被安装到机动化结构，其可使鞋楦650旋转，以有助于从一个或多个纤维输送元件缠绕一个或多个纤维。
为了引导和控制缠绕纤维在鞋楦650上的位置（例如，用于确保缠围绕鞋楦650的纤维的每个缠绕部（wind）的正确定位和间隔），该鞋楦可包括引导特征以控制纤维的位置。例如，图22C和图28A示出了鞋楦650，其在脚背区域685和脚进入区域670中具有多个规则隔开的凹口680，纤维的每个缠绕部（或纤维的一些缠绕部）被保持到该凹口680中，以确保纤维在制造期间正确地定位在鞋楦650上。在替代实施例中，可利用槽口、槽、销、隆起或其他纹理和/或粘合剂、吸力或者将材料可释放地在结构上保持就位的其他方法来确保纤维在支撑结构上的期望放置和构造。在一个实施例中，如图31A中所示，槽690可完全围绕鞋楦650延伸，以提供纤维缠绕到其中的通道。在图31B的实施例中，鞋楦650包括多个局部槽区域695，以在这些区域中引导和保持缠绕纤维，同时使纤维在没有来自鞋楦650本身的引导的情况下自由地缠绕在鞋楦650的其余部分周围。在图31C的实施例中，鞋楦650包括多个宽通道700，其适于保持多个相邻的缠绕纤维部分，以在所得鞋帮的局部区域中形成宽的缠绕材料带。在图31D的实施例中，鞋楦650包括凸起纹理697（在该示例中具有滚花纹理）的区域，以在将一个或多个纤维缠绕在基材上期间将基材保持就位。在各种实施例中，可使用任何适当的纹理。
在一个实施例中，槽或其他引导件可用于为鞋帮创建开放式缠绕结构，该结构在纤维的每个缠绕部之间具有间隔。在一个实施例中，基材可被放置在鞋楦之上，而在下方具有槽，使得当纤维缠绕在基材之上时，这些槽可为纤维提供引导。在一个实施例中，所述引导件可用于创建内部缠绕材料层，其中一个或多个外部缠绕层缠绕在基层之上。替代地或附加地，在纤维缠绕到鞋楦上（并且在某些实施例中，缠绕到引导槽上）之后，外部织物层可被放置在鞋楦之上，以创建具有外部织物表面的鞋帮，该外部织物表面具有位于其下方的缠绕结构支撑层。
各种其他特征可被结合到鞋楦中，以帮助构造缠绕鞋帮或缠绕鞋帮部分。例如，在一个实施例中，加热元件（或其他类型的能量产生元件）可被结合到鞋楦中，以加热或以其他方式处理缠绕到鞋楦上的缠绕纤维。如图28B中所示，这样的加热元件可采取加热板705、加热丝710、排热口715或它们的组合的形式。在一个实施例中，可加热整个鞋楦650，以帮助将缠绕纤维熔合成最终形式。
在一个实施例中，销720可被定位在鞋楦650的表面上，以与纤维相互作用并且将缠绕纤维保持在特定构造，如图28C中所示。这些销可被永久地放置在鞋楦650上，或者可被可收回地嵌入鞋楦650内，使得它们可从鞋楦650的表面伸出，以支持缠绕纤维在构造期间的定位，但在构造之后可被收回，以便于从鞋楦650移除缠绕鞋帮。在一个实施例中，销720可在纤维被缠绕到鞋楦650上之前延伸，以便在缠绕期间为纤维提供锚定点。在替代实施例中，在纤维305缠绕到鞋楦上之后，可将销720延伸，以便在纤维305定位在鞋楦650上之后将纤维305保持就位。在一个实施例中，销720可用于提供纤维305可围绕其缠绕的锚定位置，从而允许缠绕纤维305局部定位在鞋楦650的一个或多个部分725上，而不必完全地缠绕在鞋楦650周围，如图28D中所示。在一个示例性实施例中，可使用具有可收回销（其当从成品鞋帮移除鞋楦时可收回）的脱离鞋楦（break-last）（即，可在用于形成鞋的第一位置和用于从成品鞋帮收回鞋楦的第二位置之间移动的鞋楦）。
在某些实施例中，可将隆起或其他结构延伸部添加到鞋楦650，以实现成品鞋帮的形状。例如，如图29中所示，凸起部分730可被添加到脚背区域685，以增加该区域上的缠绕材料的量，以提供鞋舌部分或为鞋提供不同的宽度。在一个实施例中，如图30A至图30C中所示，可将楔形元件735放置在鞋楦650的脚背区域685上，以增加覆盖该区域的材料。在将纤维305缠绕在鞋楦650上之后，可沿楔形件735的边缘740来切割材料，如图30B中所示，并且其后，如图30C中所示，可使切口的任一侧上的材料重叠，来提供用于打开和闭合鞋的装置，以利于脚的进出。重叠部分745可具有钩环系统或其他可拆卸的闭合装置，其被添加以在穿着鞋时将该重叠部分保持在闭合构造。在替代实施例中，各种延伸部可被永久地或可拆卸地添加到鞋楦的任何部分，以根据形成的鞋帮的所需结构和贴合来提供用于调整缠绕材料在鞋楦上的分布的装置。
在某些实施例中，腔或其他结构特征可位于鞋楦的表面上的任何适当位置处，以允许在缠绕之前将结构元件（例如，缓冲元件、系带元件或结构支撑元件等）放置在鞋楦上。结果，纤维可被缠绕在结构元件之上，并且其后结合或以其他方式附接到结构元件，以创建具有内置结构元件的缠绕鞋帮。例如，图32A示出了鞋楦650，其具有用于引导缠绕纤维的定位的多个槽690以及用于保持后跟缓冲元件的腔750。如图32B中所示，在后跟缓冲元件755被放置在腔750内之后，一层或多层纤维可被缠绕在鞋楦周围，以创建缠绕鞋帮。在完成时，如图32C中所示，缓冲元件755在缠绕鞋帮的内表面上定位并保持就位，以例如在穿着者的脚踝周围提供附加的缓冲。在一个实施例中，基层可在缠绕或添加结构元件之前被放置在鞋楦650之上，使得在缠绕之后，结构元件被保持在基材和缠绕纤维之间。
在一个实施例中，末端执行器元件760可位于鞋楦650和杆675之间，以防止缠绕纤维在缠绕期间从鞋楦的端部滑落并滑动到杆上。该末端执行器元件760可仅放置在鞋楦650的一端765处，如图23A中所示，或者放置在鞋楦650的两端上，如图23B和图23C中所示。末端执行器元件760可形成为球形（图23A和图23B）、如图23C中所示的锥形或任何其他适当的形状。在操作中，通过末端执行器元件760来防止靠近鞋楦650的脚趾和后跟的纤维从鞋楦650滑落。然后，在从鞋楦650移除缠绕纤维之后，可切除脚趾和/或后跟处的任何多余材料，而开放端其后用鞋头和后套覆盖，以完成鞋帮。
通过提供一种机构以使鞋楦旋转，而固定的纤维输送元件（或具有有限运动、例如仅沿一个轴线的运动的纤维输送元件）在纤维的一端在旋转之前已被钉固到或以其他方式固定到鞋楦之后将纤维引导到旋转鞋楦上，纤维可被缠绕在鞋楦或其他结构支撑元件周围。可替代地，当一个或多个纤维输送元件围绕鞋楦旋转以将纤维引导到鞋楦上时，鞋楦可被保持就位。在另外的实施例中，鞋楦和纤维输送元件两者都可适于在一个或多个轴线上相对于彼此移动，以将纤维以正确的定向和正确的张力精确地定位在鞋楦上。例如，该正确的张力可通过改变纤维输送元件和纤维所施加到的表面之间的距离来施加，其中较大的距离对应于增加的张力。在一个实施例中，增加纤维中的张力具有拉伸纤维并减小纤维直径的效果，这可允许当纤维被铺设在鞋帮上时纤维的厚度沿纤维的范围变化。
图24A和图24B中示出了用于保持和旋转鞋楦650和安装杆675的示例性安装件770。在该实施例中，安装杆675在第一端和第二端处锚定到框架775，使得鞋楦650被保持在第一端和第二端之间，并且围绕该杆的纵向轴线自由旋转。然后，可使用安装在框架775上的马达780，来使鞋楦650以适当的速度和扭矩旋转。在操作中，在开始缠绕过程之前，待缠绕在鞋楦650周围的纤维的第一端在第一端处（例如，在鞋楦650的靠近末端执行器元件760的趾端处）锚定到鞋楦。然后，使鞋楦650以适当的速度和扭矩旋转，使得纤维输送元件785可在鞋楦650旋转时将纤维305引导到鞋楦650上（如图25A中所示）。纤维输送元件785可相对于鞋楦650移动，以允许将纤维305以螺旋布置结构定位在鞋楦650之上，使得鞋楦650以相邻的平行纤维部分的连续布置结构被覆盖（如图25B中所示）。其后，杆675和末端执行器元件760可被移除，并且纤维被处理570（例如，热熔）以形成带状的稳定缠绕结构（如图25C中所示）。然后，可切割缠绕纤维，以从脚进入区域40移除材料，并且可从鞋楦移除剩余的材料（如图25D中所示）。可将鞋头45、鞋底20和任何其他适当的修整元件添加到缠绕鞋帮15（在从鞋楦移除鞋帮之前或之后），以形成成品鞋10（如图25E中所示）。
在一个实施例中，鞋楦650可被连接到多自由度机械臂800，其可将鞋楦650相对于一个或多个纤维输送元件785定位在任何位置以及任何角度，如图26A至图26C中所示。在另一个实施例中，纤维输送元件785可被安装到多自由度机械臂800，以允许将纤维输送元件785的端部相对于鞋楦650定位在任何位置处以及任何角度，如图27A中所示。在另一实施例中，鞋楦650（或其他结构支撑元件）和纤维输送元件785两者都可被安装在多自由度机械臂800上，以允许它们相对于彼此独立地移动，如图27B中所示。
在某些实施例中，鞋楦可被构造成扩张和收缩；从而允许其在鞋帮被缠绕到鞋楦上之后在尺寸上减小，以便于从鞋楦移除成品鞋帮。在一个实施例中，如图33中所示，鞋楦650可包括处于外表面810上的囊体805，该囊体805可填充有液体或气体以在施加纤维期间扩张至第一尺寸815，并且在从鞋楦650移除鞋帮时收缩至较小的第二尺寸820。在各种实施例中，可使用覆盖整个外表面的单个囊体。可替代地，可使用覆盖鞋楦的局部区域的一个或多个囊体。
在一个实施例中，鞋楦650可由多个可扩张板825形成，该可扩张板825可机械或液压地扩张和收缩，以改变鞋楦650的尺寸，如图34中所示。在另一个实施例中，鞋楦650可包括结合可扩张杆保持器640的脚趾部分830和后跟部分835，如图35A至图35C中所示。在操作中，当扩张杆845被移除时，脚趾640和后跟杆保持器至少部分地闭合（如图35C中所示），从而减小鞋楦650的后跟835和脚趾部分830的尺寸，以利于移除在鞋楦650上形成的缠绕鞋帮（和/或有助于在缠绕之前将基层靴放置在鞋楦650上）。然而，当扩张杆845被插入到杆保持器640中时，它们将鞋楦650在后跟835和脚趾部分830中的壁推出，并将鞋楦650的尺寸增加至施加纤维所需的尺寸。
在本发明的一个实施例中，缠绕纤维305被放置到其上的结构支撑件可以是圆柱形支撑结构850，该支撑结构850尺寸设定成并且适于允许在单次操作中产生多个鞋类鞋帮壳855。在该实施例中，如图36A至图36D中所示，一个或多个纤维305被缠绕到圆柱形支撑结构850上，以形成缠绕织物860，其中一个或多个加热元件570将纤维熔合，以形成结构上稳定的缠绕织物860。其后，可从圆柱形支撑结构850移除缠绕织物860，并且可从缠绕织物860切割元件（如图36B中所示），以产生多个分开的鞋帮壳855（如图36C中所示）。然后，这些壳855可用于通过传统的鞋维持和组装技术来形成成品鞋10的鞋帮15（如图36D中所示）。
在一个实施例中，基层材料可在缠绕纤维305之前被放置在圆柱形支撑结构850上，从而形成具有基层的鞋帮壳，该基层具有缠绕在其上的缠绕结构和/或装饰部分。在一个实施例中，在缠绕层860仍位于圆柱形支撑结构850上的同时，一个或多个外部材料层可被放置在缠绕层的顶部上。在某些实施例中，圆柱形支撑结构850可包括加热元件或其他材料处理元件，来结合纤维和/或以其他方式处理纤维以创建稳定的结构。
在一个实施例中，纤维输送元件785可被放置在多自由度机械臂800上，以允许在缠绕期间通过控制纤维输送元件785的定位和定向而在圆柱形支撑结构850上创建复杂的缠绕结构。在一个实施例中，圆柱形支撑结构850可相对于纤维输送元件785旋转，而在另一个实施例中，纤维输送元件785可围绕圆柱形支撑结构850旋转，以将纤维305缠绕到圆柱形支撑结构850上。在某些实施例中，可串联或并联地使用多个纤维输送元件785，以形成多纤维缠绕材料。如图37A中所示，并联地利用多个纤维输送元件785允许创建织造或以其他方式互锁的结构，而串联施加不同的纤维则允许创建层状材料。在一个实施例中，圆柱形支撑结构850可被鞋楦650代替，如图37B中所示，以允许鞋帮直接缠绕到鞋楦650上，如上所述。
在一个实施例中，可从单个纤维输送元件785输送多个纤维305，如图37C中所示。在该实施例中，纤维305可被一起输送，以创建具有多个相邻纤维的结构，该多个相邻纤维成带一起缠绕到鞋楦或圆柱形支撑结构上。在替代实施例中，纤维输送元件785可选择性地一次输送一个（或多个）纤维305，并且可随时改变输送的纤维，以将不同的纤维或纤维的组合定位在鞋帮的不同区域上。这例如在形成在不同区域中具有不同的颜色和/或结构特性的鞋帮方面可能是有益的。
纤维可被加热或以其他方式处理，以将纤维结合在一起（和/或将它们结合到基材），这是通过从嵌入支撑结构内的元件和/或通过与纤维输送元件相关的元件或者通过结合到制造系统中的单独的元件施加能量。在一个实施例中，加热元件位于纤维输送元件上（直接处于纤维铺设机构之后），使得在将纤维铺设到基材上之后立即加热纤维以将其熔合到基层。纤维可沿其整个长度进行处理，以全局地处理缠绕材料，或者在离散的位置处局部地处理，以在离散的点处钉住材料。可替代地，一个或多个加热元件可被定位成在纤维抵靠基材放置之前立即或基本上立即加热纤维，其中诸如辊之类的元件被用于提供偏置力以将加热的纤维结合到基材。
图38中示出了用于鞋类制品的示例性鞋帮。通过首先将形成靴900（或短袜）构造的基层放置到鞋楦650上来形成该鞋帮。鞋楦650被定位在安装元件905上，该安装元件905适于可控地使鞋楦650绕旋转轴线旋转并且使鞋楦650沿该旋转轴线线性地移动。在替代实施例中，安装元件可适于可控地使鞋楦围绕线性和/或角度自由度的任何组合移动和旋转。一旦靴900被正确地定位在鞋楦650上，并且鞋楦650相对于纤维输送元件正确地定位，纤维就被缠绕到该靴上。图38中所示的纤维是一条可热熔带，当其位于靴900上时其可通过加热元件来加热，以将纤维永久地熔合至靴900。纤维的始端和纤维的末端被定位并钉固到靴900的底侧，使得在组装成品鞋时其被鞋的鞋底覆盖。可替代地，铺设的纤维的起点和终点可被另一元件（例如，鞋头、后套或纤维本身的另一部分）覆盖。可替代地，纤维的起点和终点在组装时可保持可见。
纤维作为沿第一方向延伸的多个基本上平行的分离带910以及沿与第一方向不同的第二方向延伸的多个基本上平行的分离带915缠绕在鞋帮15的中脚部分30周围。该结构沿这些带的伸长方向在中脚区域30内提供了支撑和抗拉伸性，而不会不利地影响中脚区域30的柔韧性。在替代实施例中，取决于所需的特定结构特征和美观性，可将任何适当的纤维模式铺设到该靴上。
在图39A至图39C中可以看到将纤维305施加于基材500的各种示例性方法。在图39A中，纤维305从纤维供给器（未示出）解绕，并且供给通过热风枪920（或其他加热元件570），以将纤维加热到足以使其结合到基材500的温度，但低于该纤维将失去结构稳定性（例如，塑性拉伸、液化或断裂）的温度。然后，纤维305在辊元件925和基材500之间供给，使得纤维305的加热和辊元件925施加的压力的组合将纤维305牢固地结合至基材500。可通过改变热风枪920的功率和/或热风枪920与纤维305之间的距离来改变施加于纤维305的热量。这在改变纤维305在结合到基材500之前熔化的程度方面可能是有益的，这由此能够可控地改变纤维305与基材500的结合程度，以控制成品材料的局部特性。
在操作中，施加于纤维305的温度可至少部分地确定为了获得足够的结合强度纤维305可铺设的速度，其中较高的温度允许较快的施加速度。取决于为纤维305选择的特定材料，所需的特定施加速度和所需的特定结合强度，喷嘴温度的范围可从大约150℃至大约700℃或大约175℃至大约650℃，而相关的纤维305的施加速度在大约0.1至5英寸/秒或大约0.1至3英寸/秒之间。
在示例性实施例中，加热元件570可具有介于大约175℃至大约300℃之间的喷嘴温度，而纤维305的施加速度在大约0.2至1英寸/秒之间，并且例如具有为175℃或大约175℃的喷嘴温度，并且施加速度为0.2英寸/秒或大约0.2英寸/秒。在替代实施例中，加热元件570可具有为550℃至650℃或大约550℃至650℃的喷嘴温度，而施加速度为2.625英寸/秒或大约2.625英寸/秒。在另外的实施例中，可利用加热元件温度和纤维施加速度的其他组合，这取决于所使用的特定纤维材料和加热元件以及所需的纤维与基材之间的特定结合强度。另外，可通过改变施加期间的加热元件温度和纤维施加速度，来控制纤维与基材之间的结合，以在基材的不同部分处提供不同的结合强度。结合强度的这种局部变化可以是突然的/阶梯式的，或者可在基材的两个部分之间平滑地变化。
在各种替代实施例中，除了或代替热风枪920，可使用其他类型的加热元件。例如，图39B示出了纤维305被供给通过激光器930，其中激光器930在铺设之前可控地加热纤维305。在其他实施例中，可使用一个或多个加热辊、一个或多个电磁加热元件或者任何其他适当的加热机构来加热纤维305。
在替代实施例中，纤维305可从挤出装置935挤出，如图39C中所示。在该实施例中，挤出装置935的喷嘴940靠近基材500和辊925定位，以将材料挤出到基材500上，而辊925其后将挤出的纤维305固定地结合到基材500。在一个实施例中，可加热辊925以帮助将纤维305结合到基材500。可替代地，辊925可被冷却，以便在将纤维305结合到基材500时帮助冷却纤维305和/或基材500。
在某些实施例中，将多组分元件缠绕到基材500上以形成具有独特结构益处的材料部分可能是有益的。例如，图40示出了一种在纤维945上覆盖带条940的方法，使得带条940仅在其边缘950处结合到基材500，而中央部分955与基材500一起形成中空通道960，纤维945自由地延伸穿过该中空通道960。例如，在形成系带或其他鞋的闭合和收紧系统时，这可能是有益的，其中纤维945充当系带元件，以在牵拉时将鞋帮收紧到脚上。在操作中，纤维945和带条940在辊系统965下方通过，该辊系统965适于仅将带条940的侧边缘压紧并结合到基材500，而留下带条940的中央部分955未结合到基材500。如上所述，诸如热风枪920之类的加热元件可被用于加热带条940的边缘部分950，以帮助将带条结合到基材500。
在一个实施例中，未结合的固定元件970可位于基材500之上，以在缠绕过程期间将基材500在鞋楦650之上保持就位，如图41中所示。该固定元件970可以是弹性元件，其被拉伸到适当的位置以在某些位置使基材500抵靠鞋楦650偏置，或者被非弹性地收紧并且在基材500和鞋楦650之上绑定就位。在操作期间，一个或多个纤维被缠绕在鞋楦650上的基材500之上，其中固定元件970在基材500上牢固地保持就位，以确保在纤维缠绕到基材500上时其不会滑动或拉伸。在完成将纤维缠绕到基材500上之后，可从基材500和缠绕纤维之间拉出固定元件970，从而允许从鞋楦650移除成品鞋帮。在替代实施例中，在缠绕期间可使用鞋楦表面纹理和材料夹持元件的任何适当的组合来将基材部分保持就位。
在一个实施例中，两个鞋楦可背对背放置在一起，其中一个或多个纤维同时缠绕在两个鞋楦周围。在缠绕完成后，可在鞋楦相遇的位置处切割缠绕材料，从而形成两个单独的鞋帮（并且在一个实施例中，为匹配的一对左右鞋帮）。
在一个实施例中，本文所描述的方法和系统可用于为例如服装、运动配件、防护装备和运动器材之类的其他消费者对象创建缠绕材料部分。
本文所述的方法和系统允许制造具有一致的缠绕材料模式、并且因此具有一致的性能和美学特性的多个鞋类制品，或者允许制造针对特定个人或个人群体定制的鞋类制品。例如，可分析个人的脚的一个或多个生理特性，以确定针对该个人特别定制的缠绕元件的包裹模式。这样的生理结构特性可包括以下各项中的至少一项，即：脚的形状、脚的大小、鞋的穿着方式、站立时的脚压力分布、物理运动期间的脚压力分布、损伤状况、骨骼结构和/或分布、汗腺分布、水分含量、温度、循环指标、肌肉活动、摩擦指标、血压、心率、体积变化、水合水平、排汗水平、韧带结构、脚趾形状、脚趾分布（例如，脚上的跖趾关节的位置）、脚跟形状和/或足弓形状。
所得到的缠绕元件的包裹模式可被定制以支持/优化个人的表现特性（例如，支持特定于个人的一项或多项体育运动），提供优化的贴合度和/或舒适度，支持特定于个人的生理或医学状况和/或减轻与特定于个人的生理或医学状况或体育运动相关联的应激、压力、摩擦或不适。可为个人定制缠绕纤维的包裹模式的表现特性包括但不限于代表在步态周期的地面接触阶段（或例如跑步、跳跃、切割、转身、踢腿之类的体育运动的地面接触阶段）的至少一部分期间用户的脚与地面之间的相互作用的指标。
在一个实施例中，用于确定鞋类制品的鞋帮上的定制的缠绕纤维分布的输入参数可包括以下各项中的至少一项，即：在个人的步态周期的地面接触阶段的至少一部分期间对使用者的脚的至少一部分的压力测量结果以及在脚的至少一部分与地面之间的力测量结果。在于2017年10月17日授予本案的受让人/申请人的题为“Customized Footwear,andSystems and Methods for Designing and Manufacturing Same”的美国专利号9,788,600中公开了用于利用来自个人或个人群组的生理和/或表现指标和数据来定制鞋类制品的其他参数和方法，其公开内容通过引用整体地结合于本文中。例如，可通过使用应力、应变、伸长率、温度、压力、力、加速度和/或放置在脚上或附近的其他传感器来测量脚上或附近的这些数据，以提供关于脚的生理和/或表现特性的数据。附加地或替代地，可使用光学脚部扫描、运动捕捉、温度扫描或其他非接触数据捕捉技术。这样的数据可提供在活动期间个人穿着的鞋类制品上的瞬时和/或平均拉伸、应变、力和/或压力大小和方向的图。
下面描述用于为个人提供定制的鞋类制品的示例性过程。在该实施例中，一个或多个数据捕捉系统可用于识别与个人相关联的特定生理和/或表现指标。根据要测量的特定指标，该数据捕捉可在其他受控环境的商店中执行，或者可远程执行（例如，在家或在个人的日常体育活动期间）。该数据捕捉系统可包括启用传感器的短袜、鞋或其他启用传感器的可穿戴装置、智能手表或其他数字可穿戴技术、扫描装置或任何其他适当的数据捕捉系统。在获得所需的数据后，可鉴于个人的需求和/或喜好，以及鉴于所得鞋类的特定需求（例如，舒适性、医疗、性能、支撑和/或美学益处等）进行分析。然后，可计算一个或多个缠绕纤维的具体分布（考虑到方向、结合强度、抗拉伸性、支撑、保护、美观性和/或可通过在鞋帮上包含缠绕元件来控制的其他参数），然后可将其应用于定制或标准化的基材形式（例如，织物靴鞋帮）并结合到成品定制鞋中。个人还可通过选择靴的颜色和形状、缠绕纤维的颜色、大小和纹理、鞋底的形状和样式等来选择定制鞋类的美学元素。在一个实施例中，结合缠绕纤维的定制鞋帮可与定制的鞋底元件结合，以产生完全定制的鞋类制品。
图42A至图42K中示出了用于将纤维305缠绕到鞋楦650上的示例性缠绕路径。靴（未示出）可在缠绕之前被放置在鞋楦之上，使得纤维305被缠绕在靴上并钉固到该靴以形成产品鞋帮。缠绕方向980由箭头指示。图42A中示出了鞋楦650的前3600次旋转（即，第一缠绕部）的缠绕路径。图42B中示出了纤维305的第二缠绕部的缠绕路径。图42C中示出了纤维305的第三缠绕部的缠绕路径。图42D中示出了纤维305的第四缠绕部的缠绕路径。图42E中示出了纤维305的第五缠绕部的缠绕路径。图42F中示出了纤维305的第六缠绕部的缠绕路径。图42G中示出了纤维305的第七缠绕部的缠绕路径。图42H中示出了纤维305的第八缠绕部的缠绕路径。图42I中示出了纤维305的第九缠绕部的缠绕路径。图42J中示出了纤维305的第十缠绕部的缠绕路径。图42K中示出了纤维305的最后缠绕部的缠绕路径，其中纤维305在靴的底侧上完成。
图42A至图42K中所示的实施例包括围绕靴的中脚区域延伸的多个缠绕部，而第二多个缠绕部从中脚围绕靴的后跟部分延伸。在替代实施例中，取决于鞋帮的具体要求，能够以任何适当的方式来设置缠绕部的数量、定向、分布、方向和曲率。在某些实施例中，如上文所述，可定制缠绕部的具体位置、分布和曲率。
在替代实施例中，一个或多个缠绕元件可被结合到服装制品的至少一部分之中或之上。例如，缠绕元件可被结合到用于个人身体的上部的服装制品的一个或多个臂部分和/或躯干部分中，和/或结合到用于个人的下半身部分的服装制品的躯干部分和/或一个或多个腿部分中。在一个实施例中，这些缠绕元件的位置、方向和结构可以提供有针对性的支撑和/或压缩益处，和/或为衣服提供定向拉伸抵抗，以支持穿着者的特定身体运动。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以按照其他特定形式来实施。因此，前述实施例在所有方面都应被认为是说明性的，而不是限制本文所描述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示，并且落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变意在被包含在其中。
