轻量化鞋底结构设计及3D打印
发布时间：2021-03-31 11:34
轻量化运动鞋因具有轻便、舒适、透气、优良的缓震性能等诸多优点受到消费者青睐,具有巨大的市场前景,而当前出现的轻量化运动鞋由于针对性不足、产品过少、价格昂贵等问题,难以大规模的进入市场。本文从运动鞋的轻量化出发,考虑到鞋底不同区域的差异和个性化定制,重新设计了运动鞋中底结构,再结合3D打印技术,成功制备了成本低,性能优良的轻量化运动鞋中底,并用模拟仿真和实验验证了结构的合理性和可行性。本文首先对3D打印轻量化运动鞋的市场前景进行分析,详细比对了3D打印轻量化运动鞋与传统运动鞋的优劣势,综合分析了3D打印技术的发展和运动鞋未来市场规模对3D打印轻量化运动鞋未来发展的促进作用。之后通过对轻量化结构现状研究、3D打印多孔结构性能研究和当前3D打印运动鞋的现状分析,得出3D打印轻量化运动鞋的鞋底不同区域需进行针对性设计和个性化定制。依据不同区域在不同步态下的差异,制定了不同区域的设计要求和指标。探究了3D打印运动鞋的工艺,包括打印方式、材料及打印参数。为了实现轻量化,对鞋中底进行整体设计,包括区域划分、链接方式、区域内部结构设计方式等。通过建立BCC结构单元力学模型,运用模拟仿真得出了结构参数的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光固化成型工艺打印原理
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-因可制备复杂多孔结构，3D打印技术已经在航空航天、机械制造、医疗器械、模具和工艺品生产等行业进行应用，并且展现出巨大的发展前景[5]，图1-2为3D打印技术的应用。图1-23D打印技术的应用3D打印技术被称为“最有前景的新兴技术”，关注度与日俱增，其主要原因是由于该技术拥有的一体成型的优势，可直接打印模型文件。该技术可以实现复杂零件的直接快速成型，缩短传统的铸造和锻造成型的工艺环节，减少工艺消耗，节省大量人力物力[6]。在航空航天等行业的复杂精密零件制造中，3D打印具有巨大的优势，可以实现单件试制以及小批量生产，使其生产成本大幅下降，并且可快速满足需求。同时，也能满足新产品的开发及小批量产品的问世，例如，现在桌面级别打印机的应用，可以使设计师快速的打印出想要的零件，并依据打印的零件对设计做出调整，能够减少研发时间，节省研发成本，最快的实现效益的最大化。1.1.1.23D打印技术目前存在的问题抛开3D打印技术的诸多优点，这种新兴技术也存在一些制约其发展的问题。要使3D打印技术真正能与传统制造方法的呈分庭抗礼之势，必须解决以下几个主要问题，主要包括材料的多元化、打印速度、打印精度等。（1）材料材料是制约3D打印技术发展的主要因素之一，包括种类和价格两部分。常用3D打印材料主要包括金属和非金属两大类，现如今使用的金属材料主要为钛粉及钛合金、工具钢、马氏钢、不锈钢、铝合金、镍基合金等，非金属材料主要有PLA（聚乳酸）、ABS（改性聚苯乙烯塑料）、尼龙、TPU（热塑性聚氨酯）、光敏树脂、陶瓷等。图1-3为几种常见的3D打印材料。表1-1为3D打印技术所对应的打印材料汇总。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-3几种常用的打印材料表1-13D打印技术及材料汇总[7]类型累积技术基本材料挤压FusedDepositionModeling热塑性塑料、共晶系统金属、可食用食材粒状ElectronBeamMelting钛合金Selectivelasermelting钛合金、钴铬合金、不锈钢、铝SelectiveHeatSintering热塑性粉末SelectiveLaserSintering热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末线ElectronBeamFreeformfabrication几乎任何合金粉末层喷头3D打印Plaster-based3DPrinting石膏层压LaminatedObjectManufacturing纸、金属膜、塑料薄膜光固化成型StereoLithographyAppearance光敏树脂DigitalLightprocession光敏树脂3D打印材料相对于传统制造工艺，还是相对较少。打印不同材料时，不仅要考虑打印机的参数，而且还要考虑材料自身的特性，包括物理性质、化学性质以及机械性能等因素。现阶段所能使用的打印材料相对于传统制造工艺均需进行处理，使其能够满足打印机的使用要求，因此提高了材料的价格，比如对于钛粉来说，需将其颗粒转变为球形。对于非金属材料来说，现使用的部分光
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向增材制造的索杆结构节点拓扑优化设计[J]. 赵阳,陈敏超,王震. 建筑结构学报. 2019(03)
[2]3D打印制备多孔结构的研究与应用现状[J]. 杨建明,汤阳,顾海,刘永加,黄大志,陈劲松. 材料导报. 2018(15)
[3]不忘初心 跑向未来——匹克体育领跑国内3D打印运动鞋领域[J]. 于大江. 中外鞋业. 2017(10)
[4]Design Optimization of Irregular Cellular Structure for Additive Manufacturing[J]. Guo-Hua Song,Shi-Kai Jing,Fang-Lei Zhao,Ye-Dong Wang,Hao Xing,Jing-Tao Zhou. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(05)
[5]新科技让阿迪达斯在智造中领跑——Speedfactory生产3D打印鞋,从设计到交货只需一周时间[J]. 辑文. 中外鞋苑. 2017(03)
[6]3D打印前景分析及商业市场化发展趋势的研究与探索[J]. 唐娜,郭龙,张刚. 物联网技术. 2017(01)
[7]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 2016(04)
[8]运动鞋中底结构对成鞋舒适性的影响[J]. 陈大志,尹洪雷,连小彬. 中国皮革. 2011(16)
[9]超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J]. 卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林. 力学进展. 2006(04)
硕士论文
[1]基于Voronoi图的3D打印轻量化结构设计及其应用研究[D]. 涂传连.浙江大学 2019
[2]基于FDM的TPU材料鞋底3D打印工艺研究[D]. 谢艰.苏州大学 2018
本文编号：3111365
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光固化成型工艺打印原理
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-因可制备复杂多孔结构，3D打印技术已经在航空航天、机械制造、医疗器械、模具和工艺品生产等行业进行应用，并且展现出巨大的发展前景[5]，图1-2为3D打印技术的应用。图1-23D打印技术的应用3D打印技术被称为“最有前景的新兴技术”，关注度与日俱增，其主要原因是由于该技术拥有的一体成型的优势，可直接打印模型文件。该技术可以实现复杂零件的直接快速成型，缩短传统的铸造和锻造成型的工艺环节，减少工艺消耗，节省大量人力物力[6]。在航空航天等行业的复杂精密零件制造中，3D打印具有巨大的优势，可以实现单件试制以及小批量生产，使其生产成本大幅下降，并且可快速满足需求。同时，也能满足新产品的开发及小批量产品的问世，例如，现在桌面级别打印机的应用，可以使设计师快速的打印出想要的零件，并依据打印的零件对设计做出调整，能够减少研发时间，节省研发成本，最快的实现效益的最大化。1.1.1.23D打印技术目前存在的问题抛开3D打印技术的诸多优点，这种新兴技术也存在一些制约其发展的问题。要使3D打印技术真正能与传统制造方法的呈分庭抗礼之势，必须解决以下几个主要问题，主要包括材料的多元化、打印速度、打印精度等。（1）材料材料是制约3D打印技术发展的主要因素之一，包括种类和价格两部分。常用3D打印材料主要包括金属和非金属两大类，现如今使用的金属材料主要为钛粉及钛合金、工具钢、马氏钢、不锈钢、铝合金、镍基合金等，非金属材料主要有PLA（聚乳酸）、ABS（改性聚苯乙烯塑料）、尼龙、TPU（热塑性聚氨酯）、光敏树脂、陶瓷等。图1-3为几种常见的3D打印材料。表1-1为3D打印技术所对应的打印材料汇总。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-图1-3几种常用的打印材料表1-13D打印技术及材料汇总[7]类型累积技术基本材料挤压FusedDepositionModeling热塑性塑料、共晶系统金属、可食用食材粒状ElectronBeamMelting钛合金Selectivelasermelting钛合金、钴铬合金、不锈钢、铝SelectiveHeatSintering热塑性粉末SelectiveLaserSintering热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末线ElectronBeamFreeformfabrication几乎任何合金粉末层喷头3D打印Plaster-based3DPrinting石膏层压LaminatedObjectManufacturing纸、金属膜、塑料薄膜光固化成型StereoLithographyAppearance光敏树脂DigitalLightprocession光敏树脂3D打印材料相对于传统制造工艺，还是相对较少。打印不同材料时，不仅要考虑打印机的参数，而且还要考虑材料自身的特性，包括物理性质、化学性质以及机械性能等因素。现阶段所能使用的打印材料相对于传统制造工艺均需进行处理，使其能够满足打印机的使用要求，因此提高了材料的价格，比如对于钛粉来说，需将其颗粒转变为球形。对于非金属材料来说，现使用的部分光
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向增材制造的索杆结构节点拓扑优化设计[J]. 赵阳,陈敏超,王震. 建筑结构学报. 2019(03)
[2]3D打印制备多孔结构的研究与应用现状[J]. 杨建明,汤阳,顾海,刘永加,黄大志,陈劲松. 材料导报. 2018(15)
[3]不忘初心 跑向未来——匹克体育领跑国内3D打印运动鞋领域[J]. 于大江. 中外鞋业. 2017(10)
[4]Design Optimization of Irregular Cellular Structure for Additive Manufacturing[J]. Guo-Hua Song,Shi-Kai Jing,Fang-Lei Zhao,Ye-Dong Wang,Hao Xing,Jing-Tao Zhou. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2017(05)
[5]新科技让阿迪达斯在智造中领跑——Speedfactory生产3D打印鞋,从设计到交货只需一周时间[J]. 辑文. 中外鞋苑. 2017(03)
[6]3D打印前景分析及商业市场化发展趋势的研究与探索[J]. 唐娜,郭龙,张刚. 物联网技术. 2017(01)
[7]3D打印材料应用和研究现状[J]. 王延庆,沈竞兴,吴海全. 航空材料学报. 2016(04)
[8]运动鞋中底结构对成鞋舒适性的影响[J]. 陈大志,尹洪雷,连小彬. 中国皮革. 2011(16)
[9]超轻多孔金属材料的多功能特性及应用[J]. 卢天健,何德坪,陈常青,赵长颖,方岱宁,王晓林. 力学进展. 2006(04)
硕士论文
[1]基于Voronoi图的3D打印轻量化结构设计及其应用研究[D]. 涂传连.浙江大学 2019
[2]基于FDM的TPU材料鞋底3D打印工艺研究[D]. 谢艰.苏州大学 2018
本文编号：3111365
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