让FDM 3D打印机用实现鞋垫自由！华越智造技术专利拟对外许可

“我手里有一项可以3D打印弹性鞋垫的专利技术，想对外授权许可使用，扩大FDM 3D打印机的应用场景。南极熊你帮我找一下对此有需求的厂商呗？事成必有重谢！”来自广州的华越智造问南极熊。

△3D打印鞋垫，玩家可以自己量脚打印

为了让3D打印用户有更多的玩法、提升使用频率；哦，对了，还有后面的【重谢】。那就安排！

下文作者：余先生（华越智造科技负责人）

1988年Scott Crump研发了熔融沉积成型技术（Fused Deposition Modeling，简称FDM），并于1989年申请了专利并创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司成立3年后，推出了第一台基于FDM技术的工业级3D打印机“3D Modeler”，标志着FDM技术步入了商业化阶段。2009年，FDM关键技术专利保护期到期，基于FDM技术的3D打印设备公司开始大量出现，行业迎来了快速发展期，相关设备的成本和售价也大幅降低。

由于FDM 3D打印机（尤其是桌面级）技术原理相对简单易懂、操作容易上手，且材料选择广泛，设备价格比较亲民，虽然FDM技术并不是第一个被发明的3D打印技术分支，但基于上述原因，FDM技术和应用发展迅速，经过30多年的发展，目前已成为受众最多、最常用、设备销售数量最大的3D打印技术分支。

近日，“南极熊”发文提及“凭借着1000元到1万元之间一台的消费级价格，FDM、LCD等3D打印机逐渐走近普通百姓家里，全球年出货量达近500万台。”（*详见文章《》）。即使保守估计，FDM桌面机占一半的销售数量，那也有250万台的年销售数量。“南极熊”进一步提出预测“3D打印机则是很好的创造实际物体的工具，未来5年内，每年出货量可达千万台的级别”。

FDM 3D打印四大技术难点

笔者认为，线材类桌面级FDM（FFF）3D打印技术有四大技术高点（难点）——高温材料、连续纤维增强、超高速、超柔性材料。

高温材料FDM打印，如PEI、PPSU、PEEK等，最早是被FDM技术的发明者Stratasys攻克的，目前国内也有多家FDM厂商推出高温材料FDM 3D打印机。

桌面级连续纤维增强3D打印，自2015年Markforged公司销售全球第一台商用桌面级连续纤维增强复合材料3D打印打印机，标志着桌面级连续纤维增强3D打印技术开始进入大众的视野。

超高速FDM打印，2023年，某竹科技带起了一阵超高速FDM 3D打印的热潮，一夜之间各个FDM厂商都开发并推出了自己的超高速FDM打印机，超高速FDM打印机在短时间内就迅速卷了起来。

而3D打印业界对于柔性材料/超柔性材料FDM打印技术的研究却相对少之又少，柔性材料/超柔性材料FDM 3D打印的应用潜力尚待有效发掘。

华越智造科技在探索FDM 3D打印矫形鞋垫的初时，发现常用的邵氏95A（硬度）的TPU线材，无论是调整填充密度还是填充形状，鞋垫的弹性效果总达不到理想的效果，正常的填充密度下（25%），鞋垫硬度偏高缺乏弹性，填充密度低一些（或者调整填充形状），硬度虽然可以稍微降低一些，但打印线条却容易被挤压变形，影响鞋垫的使用寿命。因此萌发了研发超柔性材料FDM 3D打印技术的想法，经过数十次结构调整以及上万次的调试，终于成功掌握了超柔性材料FDM 3D打印的技术技巧。并将该技术应用于矫形鞋垫，使矫形鞋垫具备了“类肌肉仿生弹性”的效果，更契合足踝生物力学的生理特点。

而华越智造科技也进一步发现，将上述FDM技术用于PLA、PETG等硬质线材时，挤出打印过程也非常稳定，优于普通的FDM近程送料打印装置，展示出对硬质材料优异的兼容性。

类肌肉仿生弹性3D打印矫形鞋垫

矫形鞋垫需要什么样的力学性能？一种观点认为要硬一些，给足弓强有力的支撑，也有一种观点认为要软一些，提高舒适性，业界尚未有统一的观点。

在《矫形鞋原理与应用》（主编：宋雅伟、王占星）一书中有以下描述：“足弓的底面骨骼较为脆弱，这一部位集中了大量的血管与神经组织。如果足弓部位弓托过高或过硬不仅不会促进足弓的发育，相反还会因为长时间压迫血管与神经系统而造成脚前掌部位供血不足，严重的还会造成局部坏死。从结构力学角度来分析，足弓垫（托）的形状如果过高还会对跗跖关节产生一个由下至上的破坏力，这个力长久累积会导致该关节的病理性松弛。”

华越智造科技团队在3D打印矫形鞋垫的研发过程中，得到了多位足踝骨科专家、生物力学专家和资深足踝矫形师的指导和帮助，根据足部骨骼、足弓的生物力学特点，经过上千次的测试调整，基于上述的“超柔性材料FDM 3D打印技术”，开发出“类肌肉仿生弹性”3D打印矫形鞋垫，受力时（脚着地）鞋垫在垂直方向上可适度压缩，压力释放时（脚离地）可同步瞬时回弹，有效模拟足弓的弹性，经某鞋业品牌实测，能量反馈（能量回归率）可高达57%；并且可根据用户的年龄和体重以及足底耐受情况等匹配相应的鞋垫硬度和弹性，在支撑性和舒适性上取得良好平衡。

到目前为止，华越智造科技与多位足踝骨科专家、资深足踝矫形师一起，已为数千名用户提供了“类肌肉仿生弹性”3D打印矫形鞋垫，产品收到了良好反馈，在较短的时间内可有效缓解足部疼痛，可有效延长穿着时间。实践测试证明，“类肌肉仿生弹性”3D打印鞋垫，可有效解决传统矫形鞋垫因硬度偏高而导致运动时足底不适的痛点，尤其适合青少年儿童运动场景，兼顾运动功能和矫正功能。

在2022年医学3D打印技术与应用全国创新大赛中，华越智造参赛项目“对儿童友好的类肌肉仿生弹性3D打印矫形鞋垫”在比赛中获得了评委专家的一致好评，喜获二等奖，在所有参赛的非医疗机构中名列前茅。

柔性/超柔性材料FDM打印的其他应用

国内知名的鞋业品牌匹克，将柔性材料FDM 3D打印应用于鞋面，将艺术与技术完美融合。未来，鞋面个性化定制柔性制造将会变得越来越简单。

△图片拍摄于2023 formnext深圳展会

△图片拍摄于2023 formnext深圳展会

笔者大胆预测，未来柔性/超柔性材料的应用场景，在消费品领域，可以跟箱包的个性化定制相结合，在医疗康复领域，可以跟腰垫、颈椎枕的个性化定制相结合，在工业领域，可用于打印机器人柔性抓手、夹具、异型密封件等等。而更多的柔性/超柔性材料3D打印应用场景，尚有待发掘。

儿童青少年脊柱侧弯与足踝生物力学异常

据央视新闻报道：我国中小学生脊柱侧弯人数已超500万，脊柱侧弯：危害儿童青少年健康第三大疾病。（来源：央视网，2022年1月13日）。

国家卫健委于2021年11月发布了《儿童青少年脊柱弯曲异常防控技术指南》，将脊柱弯曲异常筛查项目纳入每学年或新生入学体检内容。

上海交通大学医学院附属第九人民医院王金武教授团队，通过研究和治疗案例验证了矫形鞋垫对于轻度代偿性脊柱侧凸（侧弯）矫正的有效性：“矫形鞋垫可控制足部内外侧压力分布，从而减少对脊柱姿势的不良影响，降低脊柱侧凸的风险，对于轻度代偿性脊柱侧凸可以通过3D打印矫形鞋垫矫正。”（来源：微信文章《轻度代偿性脊柱侧凸可以通过3D打印矫形鞋垫矫正》，作者：九院3D打印中心王金武团队）

软硬料兼容的FDM技术专利拟对外许可

为了更好地助力广大儿童青少年足脊健康发展，更快更好地实现“助力千万人健康行走”的愿景目标，也为了更好的拓展柔性/超柔性材料3D打印应用的发展，华越智造科技意向将自主研发的FDM 3D打印挤出装置技术专利实施对外授权许可，本专利技术可能是目前最适合柔性/超柔性材料FDM打印的近程挤出技术，同时对硬质材料也有着优异的兼容性，可能是目前最稳健的FDM打印近程挤出技术。

上述软硬料兼容的FDM近程挤出专利技术具有“强动力、强约束”的特点，技术方案可参考专利：《具有双驱动送丝功能的3D打印机的挤出装置》（CN2018214434245）。

如对上述技术专利授权许可感兴趣的3D打印设备生产商或应用服务商，欢迎扫码联系华越智造科技负责人余先生（手机/微信18675949495）。