利用3D Systems的技术制作世界上最快的鞋子

为了把大不列颠最快最好的运动员的短跑时间甩掉几百分之一秒，英国拉夫堡大学创新制造和工程研究中心的研究员们 正使用快速生产来开发定制短跑钉鞋。研究精力集中于钉鞋鞋底，它们将会由烧结的塑料组成。

拉夫堡的研究员们正通过贴合单个运动员的身体特征，制定拥有特定纵向弯曲刚度的钉鞋，以大大提高短跑和跳高运动员的表现。使用正确的鞋底硬度配方，研究员们说他们能为特定的运动员定制特定的鞋钉，某些情况下能将运动员脚踝产生的机械能量提高到两倍。

“不同硬度的鞋底部分加到标准钉鞋鞋面下，并进行机械测试以量化硬度。” Dan Toon, 一位拉夫堡的研究员说道。“由精英运动员穿一只不同硬度的钉鞋和一只没分量相当于光脚的校正鞋来完成一系列钉鞋相关的任务，从每次任务上收集三维动态数据和力数据以将任务量化。

研究发现：鞋底的机械性能影响着脚踝和脚的动力。此外，每个运动员的表现可通过在一定范围内改变硬度而达到最佳。

这个为期三年的研究自2004年雅典奥运会后开始，短跑选手赢得金、银、通牌的差异小得让人难以置信。美国金牌赢家贾斯汀加特林100米短跑花时9.85秒，以0.01秒的优势胜过葡萄牙的银牌得者弗朗西斯·奥比克维鲁，比铜牌得者莫里斯格林也仅快0.02秒。拉夫堡的研究员们决定找个办法从跑鞋上来挤出那点时间。

鞋底部件的设计与制造 设计鞋底部件的第一步是获得现有钉鞋的3D结构数据并导入到SolidWorks CAD软件中。自那儿，您可创作各种不同的设计，包括可获得不同纵向弯曲刚度的设计。存储为STL文档，  继而进行快速原型和制造。

鞋底部件用大学里的3D Systems的选择性激光烧结（SLS）工艺制作，一台 Vanguard SLS设备结合DuraForm塑料。SLS是一种增材制造工艺，利用高温激光将热塑性塑料粉末熔融，每个横截面层层固化，直到3D立体样件完成。

SLS工艺使研究员能快速制作一次性物品，带来其他生产工艺无法带来的自由。研究员们可通过增加或减去塑料层数来制作更硬或更软的鞋底，以迎合个人运动员的不同需要。

“我们可以直接开模，但那会花掉我们更多时间和金钱。”拉夫堡大学该项目的负责人，Dr. Neil Hopkinson说道。“有了SLS工艺，时间、成本、设计自由皆有改善。

DuraForm材料制

钉鞋 vs. 传统钉鞋 做了装有DuraForm鞋底部件的短跑钉鞋手板，

用以与研究员购买或由不同供应商提供的钉鞋相比较。该测试使用了一些在拉夫堡及荷兰TNO工业公司已存 (e.g., ASTM F911-85)和特制的机械测试方式。

用DuraForm制作的钉鞋鞋底部件的纵向弯曲程度一般处于中高硬度，相比其他钉鞋而言，而其中一些甚至比任何其他测试过的钉鞋都硬。

“DuraForm是一种久经验证的、用于选择性激光烧结的材料，” Hopkinson说道. “我们对它有信心。它为我们的实验带来了恰到好处的硬度。”

标准钉鞋鞋面由New Balance运动鞋业提供，并用砂轮将其磨粗，以将准备涂抹胶水连接鞋底的区域准备好。一旦鞋面涂好了胶水，鞋底板会由手工加到鞋面上。加上鞋底的鞋面会放到压紧鞋底的机器上，这个机器会对鞋子整个一圈外沿释放50-60 psi (3.5-4相)的相同压力，以确保鞋底板牢牢地粘在了鞋面上。待插入鞋垫后，就可以进行测试了。

在实验室通过运动员进行测试并跟踪

在拉夫堡大学的实验室里，明星运动员们正进行着一系列不同的测试。进行类似于蹲跳和蹦跳等的标准测试，以获取不同硬度鞋底的可重复数据。根据记录，短跑钉鞋的硬度对关节角的影响，是通过用高速数字影像在100米短跑的不同阶段（10米处和50米处）以1000帧/秒的速度进行拍摄而成。

角度的测量，是在钉鞋和脚上巧妙设置标记点，在拉夫堡大学的高性能运动中心测得。结果帮助研究员们将钉鞋在短跑过程中对脚部运动的影响进行量化。

运动员们被告知这些短跑钉鞋是通过选择性激光烧结定制而成，然而，Toon说，“他们只是将其看作是另一双高性能的运动鞋而已。”

运动鞋的未来 Mike Caine教授，拉夫堡大学体育科技学院院长， 说, “预想是想让这种技术帮助提高英国的短跑选手在2012的奥运会得奖的几率。它亦可应用于一些其他运动。”

“这个研究的长期目标是，让普通大众拥有属于自己的定制鞋,” Hopkinson又说。 “与明星运动员共获成功将会是催化剂，使我们的工艺用用到每一个人身上。”

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