«Αξιοποίηση τεχνολογιών 3Δ εκτύπωσης για τη

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΙΑ ΡΑΣΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «Αξιοποίηση τεχνολογιών 3Δ εκτύπωσης για τη σχεδίαση και ταχεία κατασκευή υποδημάτων» Εκπόνηση : Στεργίου Μαρίνα Επιβλέπων καθηγητής: Φίλιππος Αζαριάδης Τοπάλογλου Επιτροπή: Φ. Αζαριάδης-Τοπάλογλου, Π. Παπανίκος, Ν. Ζαχαρόπουλος Σύρος, Ιούλιος 2016

2 Είμαι συγγραφέας αυτής της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας και κάθε βοήθεια την οποία είχα για την προετοιμασία της, είναι πλήρως αναγνωρισμένη και αναφέρεται στην εργασία. Επίσης έχω αναφέρει τις όποιες πηγές από τις οποίες έκανα χρήση δεδομένων, ιδεών ή λέξεων, είτε αυτές αναφέρονται ακριβώς είτε παραφρασμένες. Τέλος βεβαιώνω ότι το παρόν τεύχος προετοιμάστηκε από εμένα προσωπικά ειδικά για τη συγκεκριμένη µμεταπτυχιακή διπλωματική εργασία. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 2

3 Ευχαριστίες Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή µου κ. Φίλιππο Αζαριάδη για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγηση του στο έργο που είχα αναλάβει να βγάλω εις πέρας. Έπειτα, την εξεταστική επιτροπή κ. Π. Παπανίκο και την κ. Ν. Ζαχαρόπουλο για την αξιολόγηση της εργασίας. Επίσης, ευχαριστώ πολύ τους διδάσκοντες Κ. Μπάιλα, Π. Παπαγιάννη, Π. Παπανίκο και Ν. Ζαχαρόπουλο για τις πολύτιμες συμβουλές και τη βοήθειά που μου παρείχαν σε ότι χρειαζόμουν ώστε να ολοκληρωθεί η εργασία αυτή. Τέλος θέλω να ευχαριστήσω την οικογένεια µου αλλά και τους φίλους μου για την συμπαράσταση και την εμψύχωση τους κατά την εκπόνηση της παρούσης εργασίας Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 3

4 Περιεχόμενα Πίνακας εικόνων Εισαγωγή Η βάδιση, το υπόδημα και η μηχανική άνεση Βασική ανατομία ποδιού Ο κύκλος της βάδισης Μέρη του υποδήματος και βασικά χαρακτηριστικά αυτού Ο ρόλος του καλαποδιού Ο ρόλος των εξατομικευμένων καλαποδιών Το παπούτσι Γενική διαδικασία κατασκευής του Μέρη από τα οποία αποτελείται Υλικά που χρησιμοποιούνται Μηχανική άνεση και παράγοντες που την καθορίζουν Βασικοί κανόνες σχεδίασης σχεδιαστικές απαιτήσεις Η τρισδιάστατη εκτύπωση, και η εφαρμογή αυτής στον τομέα των υποδημάτων Τρισδιάστατη εκτύπωση ( Additive Manufacturing) Τεχνολογίες που περιλαμβάνει το Additive Manufacturing Tα 8 βήματα του additive manufacturing Υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα d printing και υποδήματα Σχεδίαση και Ανάλυση Σχεδιαστικές προδιαγραφές Σχεδίαση αρχικής σόλας Σχέση σόλας και άνεσης Η μέθοδος που θα ακολουθήσουμε Τοποθέτηση φορτίων και πακτώσεων για τα δύο στάδια της βάδισης Στάδιο που τα δύο πόδια είναι δίπλα ( feet adjacent) Στάδιο απομάκρυνσης απέναντι άκρων ( toe off) Επιλογή υλικών Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 4

5 4.6 Σχεδίαση, ανάλυση και σχολιασμός για ABS Ανάλυση σόλας αρχικής σόλας χωρίς μοτίβο Πρώτες προσπάθειες κατασκευής μοτίβου Μετέπειτα προσπάθειες κατασκευής μοτίβου Τελικό μοτίβο Σχεδίαση, ανάλυση και σχολιασμός για θερμοπλαστική πούδρα Προτάσεις για σχεδίαση πάνω μέρους Εκτυπώσεις Συμπεράσματα Τελικά Συμπεράσματα Αναφορές Βιβλιογραφία Διαδικτυακές πηγές Προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν Παράρτημα Πίνακας εικόνων Εικόνα 1-1 Αναστροφή Πτέρνας (πηγή : Footwear and foot orthoses)... 9 Εικόνα 2-1 α - (αριστερά) Οι τρείς ομάδες των οστών, β - (δεξιά) Τα οστά του ποδιού (πηγή: McMinn s Color Atlas of Foot and Ankle Anatomy) Εικόνα 2-2 Ο κύκλος της βάδισης (πηγή: An introduction to gait analysis) Εικόνα 2-3 Toe off φάση της βάδισης (πηγή: An introduction to gait analysis) Εικόνα 2-4 Μέρη ενός παπουτσιού (πηγή : Footwear and foot orthoses) Εικόνα 3-1 SLS method ( πηγή: 26 Εικόνα 3-2 DLP method ( πηγή: 27 Εικόνα 3-3 FDM method ( πηγή: 27 Εικόνα 3-4 Inkjet method ( πηγή: 28 Εικόνα 3-5 Inkjet Material Jetting Method ( πηγή: 29 Εικόνα 3-6 SLS method ( πηγή: 30 Εικόνα 3-7 Τα 8 βήματα του additive manufacturing, πηγή: (Gibson, I.; Rosen, D.;Stucker, B., 2010) Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 5

6 Εικόνα 3-8 Adidas Futurecraft 3d ( πηγή: ) Εικόνα 3-9 New Balance 3d printed sole (πηγή : 36 Εικόνα 3-10 Architect Running shoe (πηγή: 36 Εικόνα 3-11 Materialise insoles (πηγή 37 Εικόνα 3-12 Feetz custom made υποδήματα(πηγή: 37 Εικόνα 3-13 XYZ shoes (πηγή: ) Εικόνα 3-14 Υποδήματα πασαρέλας Εικόνα 4-1Τρισδιάστατη απεικόνιση του σκαναρισμένου καλαποδιού Εικόνα 4-2 Προβολή του σχήματος της κάτω επιφάνειας του καλαποδιού Εικόνα 4-3 Σκελετός της σόλας με εντολή style Εικόνα 4-4 Κατασκευή των επιφανειών περιμετρικά της σόλας Εικόνα 4-5 Κάνοντας trim τις δύο επιφάνειες δίνουμε στη σόλα την επιθυμητή κλήση μπροστά και πίσω Εικόνα 4-6 Τελική σόλα για την πρώτη φάση σχεδίασης Εικόνα 4-7 Φορτία κατά την feet adjacent φάση της βάδισης Εικόνα 4-8 Πάκτωση κατά τη feet adjacent φάση της βάδισης Εικόνα 4-9 φόρτιση κατά τη φάση toe off της βάδισης Εικόνα 4-10 Πάκτωση κατά τη φάση toe off της βάδισης Εικόνα 4-11 α-η αρχική σόλα ( αριστερά), β- Μετατόπιση (δεξιά) Εικόνα 4-12 α- (αριστερά) Κατανομή των ελάχιστων κύριων τάσεων. β - (δεξιά) Μεγάλη συγκέντρωση τάσεων σε ένα σημείο Εικόνα 4-13 α- (αριστερά) Ενέργεια παραμόρφωσης ανά μονάδα όγκου. β - (δεξιά) Πολύ μεγάλη αύξηση της ενέργειας παραμόρφωσης στο πίσω μέρος της σόλας Εικόνα 4-14 Μετατόπιση κατά την κάμψη Εικόνα 4-15 Οι κύριες τάσεις κατά την κάμψη Εικόνα 4-16 Το sketch που θα γίνει pattern Εικόνα 4-17 Extrude σε όλο το πλάτος της σόλας Εικόνα 4-18 Επιλογή της επιθυμητής περιοχής και της απόστασης μεταξύ των επαναλήψεων Εικόνα 4-19 πρώτες απόπειρες για δημιουργία μοτίβου αφαίρεσης όγκου Εικόνα 4-20 Αρχικό πρόβλημα κατασκευής μοτίβου Εικόνα 4-21 Εισαγωγή των πάνω επιφανειών στη σόλα Εικόνα 4-22 Μοτίβο "πλέγμα" Εικόνα 4-23 Μπροστινή όψη Μοτίβου "πλέγματος" χωρίς την μπροστινή επιφάνεια Εικόνα 4-24 Κυψελοειδές μοτίβο πολύ λεπτού πάχους Εικόνα 4-25 Δεύτερο μοτίβο σε διαφορετική διεύθυνση Εικόνα 4-26 Κάμψη κυψελοειδούς μοτίβου με τοιχώματα ελάχιστου πάχους 0,8μμ Εικόνα 4-27 α-(αριστερά) Το sketch του pattern, β-(μέση) Extrude στο sketch, γ- (δεξιά) το sketch του δεύτερου pattern Εικόνα η εκδοχή της σόλας Εικόνα 4-29 Δεύτερη και τελική εκδοχή της σόλας Εικόνα 4-30 το μοτίβο σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια Εικόνα 4-31 α-(αριστερά) Η πρώτη εκδοχή του μοτίβου της σόλας, β -(μέση) η δεύτερη εκδοχή του μοτίβου της σόλας, γ- (δεξιά) η τρίτη εκδοχή του μοτίβου της σόλας Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 6

7 Εικόνα 4-32 α - (αριστερά) Η γωνία της κάμψης για την πρώτη εκδοχή σόλας, β - (μέση) η γωνία της κάμψης για τη δεύτερη εκδοχή σόλας, γ - ( δεξιά) η γωνία της κάμψης για την τρίτη εκδοχή σόλας Εικόνα 4-33 α - (αριστερά) Η ενέργεια παραμόρφωσης για την πρώτη εκδοχή της σόλας, β - (μέση) η ενέργεια παραμόρφωσης για τη δεύτερη εκδοχή της σόλας, γ - (δεξιά) η ενέργεια παραμόρφωσης για την τρίτη εκδοχή της σόλας Εικόνα 4-34 Μοτίβο της σόλας για θερμοπλαστική πούδρα Εικόνα 4-35 α -(αριστερά) η γωνία της κάμψης για την αρχική σόλα, β - (δεξιά) η γωνία της κάμψης για σόλα με χρήση μοτίβου Εικόνα 4-36 α - (αριστερά) Η μετατόπιση της σόλας κατά την φάση feet adjacent, β - (δεξιά) μετατόπιση για τη σόλα με μοτίβο Εικόνα 4-37 α - (αριστερά) κύριες ελάχιστες τάσεις για σόλα χωρίς μοτίβο, β - (δεξιά) κύριες ελάχιστες τάσεις για σόλα με μοτίβο Εικόνα 4-38 α - (αριστερά) Ενέργεια παραμόρφωσης της σόλας χωρίς μοτίβο, β (δεξιά) ενέργεια παραμόρφωσης της σόλας με μοτίβο Εικόνα 4-39 Πρώτη φωτορεαλιστική απεικόνιση της πρώτης σχεδιαστικής πρότασης του πάνω μέρους Εικόνα 4-40 Δεύτερη φωτορεαλιστική απεικόνιση της πρώτης σχεδιαστικής πρότασης του πάνω μέρους.. 70 Εικόνα 4-41 Πρώτη φωτορεαλιστική απεικόνιση της δεύτερης σχεδιαστικής πρότασης του πάνω μέρους Εικόνα 4-42 Δεύτερη φωτορεαλιστική απεικόνιση της δεύτερης σχεδιαστικής πρότασης του πάνω μέρους 72 Εικόνα 5-1 α - (αριστερά) Η σόλα αναδύεται μέσα από την πούδρα, β - (δεξιά) Η σόλα εκτυπωμένη Εικόνα 5-2 α - (αριστερά) Η συσσωρευμένη πούδρα στις διατομές, β (δεξιά) Κάτοψη της σόλας Εικόνα 5-3 Προβληματικά σημεία της κατασκευής Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 7

8 1. Εισαγωγή Το πόδι είναι ένα όργανο εξαιρετικής σπουδαιότητας. Πρόκειται για έναν περίπλοκο μηχανισμό που περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό από κόκκαλα, αρθρώσεις, συνδέσμους, τένοντες και μύες που λειτουργούν σε αρμονία, επιτρέποντας στον άνθρωπο να στρίβει, να ισορροπεί, να κάνει άλματα κτλ. Δυστυχώς υπάρχουν πολλοί λόγοι που οδηγούν το πόδι να παρεκκλίνει από την ομαλή λειτουργία του με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν προβλήματα που ενδέχεται να επηρεάσουν την απόδοσή του καθώς και να θέσουν σε κίνδυνο την υγεία του ατόμου. Η δυσλειτουργία αυτή συνήθως υποδηλώνεται μέσω του πόνου που νοιώθει το άτομο, καθιστώντας το ανίκανο να ανταπεξέλθει στις καθημερινές του ασχολίες. (Fink, B. R.; Mizel M. S., 2012.) Επομένως, το θέμα των παθήσεων των κάτω άκρων χρήζει ιδιαίτερης προσοχής. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν μία υγιή δομή ποδιού, οι οποίοι μπορεί οφείλονται είτε σε γενετική προδιάθεση για συγκεκριμένο τύπο ποδιού, είτε σε άλλες επίκτητες παθήσεις. Επιπροσθέτως, η γήρανση, συμβάλλει στην αλλοίωση των δομών του ποδιού και της βάδισης. Ενδεικτικά, κάποιες εκ γενετής ασθένειες που σχετίζονται με τα κάτω άκρα είναι η τάση για hallux rigidus ( δυσκαμψία του μεγάλου δακτύλου), η πλατυποδία και οι δυσμορφίες των δακτύλων, (Luximon, A., 2013) ενώ μερικές επίκτητες είναι ο διαβήτης και η ρευματοειδής αρθρίτιδα. Οι παθήσεις αυτές προκαλούν συχνά αλλοίωση της ορθής στάσης του ποδιού, οδηγώντας σε φαινόμενα όπως αναστροφή της πτέρνας (εικόνα 1-1). Σε πολλές από τις παραπάνω περιπτώσεις, η ορθή στάση του ποδιού είναι ζωτικής σημασίας για την ανακούφιση των συμπτωμάτων, την βελτίωση της κίνησης, την αποφυγή βλαβών στους βραχίονες, την αποτροπή φαινομένων που προκαλούνται από την πίεση και άλλα. (Williams, A.; Nester, C, ) Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 8

9 Εικόνα 1-1 Αναστροφή Πτέρνας (πηγή : Footwear and foot orthoses) Συνήθως η αλλοιωμένη στάση ποδιού που οφείλεται σε παθήσεις όπως αυτές που αναφέραμε παραπάνω, διορθώνεται εν μέρει με την χρήση ορθωτικών πάτων οι οποίοι τοποθετούνται πάνω από τη σόλα του υποδήματος του ασθενή και μπορεί να είναι είτε μαζικής παραγωγής, είτε ειδικά κατασκευασμένοι (εξατομικευμένοι) για τον εκάστοτε ασθενή. Υπάρχουν όμως και άλλες παθήσεις οι οποίες δε διορθώνονται μόνο με τη χρήση ορθωτικών πάτων και ενδεχομένως να χρειάζονται ειδική σχεδίαση σόλας ή και ολόκληρου του υποδήματος. Ακόμα όμως και σε περιπτώσεις ατόμων που δε πάσχουν από κάποια πάθηση των κάτω άκρων, θα πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη σημασία στην επιλογή υποδήματος. Τα υποδήματα του εμπορίου είναι βασισμένα σε ένα πρότυπο ποδιού, το καλαπόδι, το οποίο έχει κατασκευαστεί αντιπροσωπεύοντας το μέσο πόδι ενός συγκεκριμένου πληθυσμού, το οποίο όμως έρχεται σε αντίθεση με τις επί μέρους ιδιαιτερότητες κάθε καταναλωτή. Η καμάρα, το κουντεπιέ, το φάρδος και πάχος του ποδιού είναι μόνο μερικές από τις παραμέτρους που ποικίλουν από άνθρωπο σε άνθρωπο, και σε συνδυασμό με την φυσική τάση για ασυμμετρία μεταξύ των δύο πλευρών, (σε αυτή την περίπτωση, διαφορές μεταξύ δεξιού και αριστερού ποδιού) καθιστούν την επιλογή υποδημάτων μια δύσκολη διαδικασία για πολλούς ανθρώπους. (Luximon, A., 2013) Είναι πλέον γνωστό, ότι τα υποδήματα με κακή εφαρμογή είναι συχνά υπαίτια για πρόκληση πόνου, παραμόρφωση του ποδιού, τραυματισμούς και γενικά άβολη αίσθηση. Διαφαίνεται λοιπόν η ανάγκη για εξατομίκευση στην κατασκευή των υποδημάτων, όχι μόνο σε περιπτώσεις που χαρακτηρίζονται από παθήσεις αλλά στο μεγαλύτερο ποσοστό του πληθυσμού. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 9

10 Η δυνατότητα για εξατομικευμένα υποδήματα με μαζικά μέσα παραγωγής φυσικά υπάρχει αλλά αποτελεί μια βιομηχανία που απευθύνεται κυρίως στις περιπτώσεις με ιατρικές παθήσεις. Επομένως, οι λοιποί καταναλωτές που ενδεχομένως επιθυμούν υποδήματα σχεδιασμένα ειδικά για τις δικές τους ανάγκες δεν έχουνε πολλές επιλογές, διότι λόγω της φύσης των ιατρικών υποδημάτων, υπάρχει έλλειψη σχεδιαστικών προτάσεων και πολύ μεγάλο κόστος. Δεδομένων των παραπάνω, βλέπουμε ότι υπάρχει ανάγκη για κατασκευή εξατομικευμένων υποδημάτων που να απευθύνονται στο ευρύ κοινό και την ύπαρξη υπηρεσιών που να πραγματοποιούν την κατασκευή αυτή. Επειδή το εγχείρημα αυτό χαρακτηρίζεται από μικρότερη (μη μαζική) παραγωγή, υψηλό βαθμό εξατομίκευσης και ενδεχομένως δημιουργία πολύπλοκων γεωμετρικών δομών, η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης (3d printing) φαίνεται κατάλληλη μέθοδος για την επίτευξή του. Αρχικά, η παραγωγή εξατομικευμένων υποδημάτων είναι ενδεχομένως πολύ πιο συμφέρουσα οικονομικά με τη μέθοδο της τρισδιάστατης εκτύπωσης παρά με τις συμβατικές γραμμές μαζικής παραγωγής. Αυτό φυσικά συμβαίνει επειδή αναφερόμαστε σε μικρό μέγεθος παραγωγής.οι μεγάλες γραμμές παραγωγής είναι συμφέρουσες κυρίως όταν παράγουν μεγάλες παρτίδες όμοιων κομματιών, διότι για κάθε διαφορετικό κομμάτι που πρόκειται να παραχθεί χρειάζονται εκ νέου ρυθμίσεις όπως κατασκευή καινούργιου καλουπιού, διαφορετικά εργαλεία και άλλες τροποποιήσεις που απαιτούν χρόνο και χρήμα, ρίχνοντας παράλληλα το ρυθμό της παραγωγή και αυξάνοντας το μέσο κόστος του προϊόντος. (Conner, B. P.; Monogharan, G.P., 2014) Ένας άλλος λόγος που καθιστά την κατασκευή υποδημάτων με τη μέθοδο του 3d printing συμφέρουσα, είναι ότι πλέον κατασκευάζονται σόλες από πολλά διαφορετικά υλικά, ώστε να επιτευχθούν οι επιθυμητές ιδιότητες. Αυτό είναι σίγουρα πιο περίπλοκο άρα και λιγότερο επικερδές με τις συμβατικές δομές παραγωγής, ενώ υπάρχουν πλέον 3d printers που κάνουν χρήση πολλών υλικών, απλοποιώντας κατά πολύ την κατά τ άλλα περίπλοκη και χρονοβόρα διαδικασία. (Gibson, I.; Rosen, D.;Stucker, B., 2010) Έπειτα, η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης δίνει την δυνατότητα για επίτευξη εξαιρετικά περίπλοκων γεωμετρικών δομών, εύκολα και χωρίς επιπλέον κόστος, κάτι που είναι αδύνατον να επιτευχθεί με τα συμβατικά μέσα παραγωγής. Η δυνατότητα αυτή μπορεί να φανεί τρομερά χρήσιμη στη σχεδίαση των εξατομικευμένων υποδημάτων, κυρίως στο τμήμα Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 10

11 της σόλας, διότι με την κατάλληλη γεωμετρία αναλόγως το υλικό, προσεγγίζεται η επιθυμητή άνεση. Επίσης η εξέλιξη τεχνολογιών όπως η τρισδιάστατη σάρωση ( 3d scanning) αλλά και η βελτίωση των τρισδιάστατων σχεδιαστικών προγραμμάτων δημιουργούν λαμπρό πεδίο για την ανάπτυξη εφαρμογών που θα πλαισιώνουν και θα υποστηρίζουν υπηρεσίες όπως αυτή της παραγωγής εξατομικευμένων υποδημάτων. Τα τελευταία χρόνια όλο και περισσότερες εταιρίες έχουν κάνει στροφή προς τον τομέα των 3d printed υποδημάτων. Κυρίως έχει δοθεί έμφαση στην κατασκευή της σόλας λόγω συμβατότητας με τα πλαστικά πολυμερή τα οποία υποστηρίζουν οι 3d printers, ενώ ορισμένες εταιρίες κάνουν προσπάθεια για κατασκευή ολόκληρου του υποδήματος. Τέλος, υπάρχει και η τάση για κατασκευή 3d printed custom made εσωτερικών πάτων. Όπως αναφέραμε ήδη, το ζητούμενο σχετικά με την κατασκευή υποδημάτων είναι η άνεση. Η άνεση στα υποδήματα είναι ένα αρκετά πολύπλοκο και υποκειμενικό ζήτημα και καθορίζεται από παράγοντες φυσιολογίας, ψυχολογίας αλλά και φυσικής. Η πελματιαία μηχανική άνεση, είναι ένας τρόπος να περιγραφεί και να αξιολογηθεί η άνεση, και πραγματεύεται την αλληλεπίδραση του ποδιού με την σόλα του υποδήματος αλλά και με το έδαφος (Papagiannis, P.; Koutkalaki, Z.; Azariadis, P., 2014). Η γεωμετρία της σόλας, το υλικό από το οποίο αποτελείται, η κατανομή των πιέσεων από τα φορτία που δέχεται, η απορρόφηση κραδασμών και η παραμόρφωσή της κατά την στρέψη και κάμψη αυτής, είναι μερικές από τις σημαντικότερες παραμέτρους αξιολόγησης της πελματιαίας μηχανικής άνεσης ενός υποδήματος και θα χρησιμοποιηθούν στην παρούσα εργασία. Η τρισδιάστατη εκτύπωση επομένως, είναι μια τεχνολογία που δίνει την δυνατότητα σε μικρές εταιρίες και σχεδιαστές να παράγουν τα δικά τους μοντέλα υποδημάτων χωρίς τη χρήση βιομηχανικών δομών και με διαφορετική προσέγγιση σχεδίασης από την κλασική. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής είναι να προτείνει μια μέθοδο τρισδιάστατης σχεδίασης ενός υποδήματος το οποίο μπορεί να κατασκευαστεί με μεθόδους τρισδιάστατης εκτύπωσης, λαμβάνοντας υπόψιν τις δυνατότητες και τους περιορισμούς της τεχνολογίας αυτής. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 11

12 Το ζητούμενο είναι να δοθεί έμφαση στη σχεδίαση και ανάλυση της σόλας και έπειτα να γίνει μια προσέγγιση της αξιολόγησης του μοντέλου ως προς τη μηχανική του άνεση με χρήση κάποιες εκ των παραμέτρων της πελματιαίας μηχανικής άνεσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας περιγράφονται κάποια στοιχεία της φυσιολογίας του ποδιού καθώς και της διαδικασίας της βάδισης. Επίσης αναφέρεται γενικά η διαδικασία κατασκευής του υποδήματος, τα μέρη από τα οποία αποτελείται και τα υλικά από τα οποία συνήθως κατασκευάζεται. Τέλος αναλύεται η έννοια της μηχανικής άνεσης και επιλέγονται οι παράμετροι αυτής που θα εξεταστούν. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των τεχνολογιών της τρισδιάστατης εκτύπωσης, των υλικών που χρησιμοποιούνται και των εφαρμογών αυτής καθώς μια σύγκριση μεταξύ κάποιων από τους δημοφιλέστερους 3d printers μικρής κλίμακας που συναντώνται στο εμπόριο. Ακόμα, παρατίθεται μια έρευνα αγοράς για τα 3d printed υποδήματα που μπορεί κανείς να προμηθευτεί σήμερα. Το τέταρτο κεφάλαιο, πραγματεύεται τη σχεδίαση του υποδήματος. Παρουσιάζει την κατασκευή μιας αρχικής δομής σόλας σύμφωνα με τις προδιαγραφές που υπάρχουν, γίνεται επιλογή των παραμέτρων που θα εξεταστούν και έπειτα μελέτη της συμπεριφοράς των παραμέτρων αυτών σε διαφορετικά υλικά. Γίνεται ακόμα σχεδίαση κατάλληλου μοτίβου σόλας που να ικανοποιεί τις παραμέτρους που τέθηκαν, με σκοπό την εκτύπωσή του σε έναν από τους 3d printers του πανεπιστημίου. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η εκτύπωση του υποδήματος σε μικρή κλίμακα και η αξιολόγηση που έγινε κάνοντας δοκιμές αντοχής. Τέλος παρουσιάζονται γενικά συμπεράσματα και προτάσεις για το μέλλον. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 12

13 2. Η βάδιση, το υπόδημα και η μηχανική άνεση 2.1. Βασική ανατομία ποδιού Η σχεδίαση ενός υποδήματος, που έχει ως σκοπό την άνεση και την προάσπιση της υγείας του ατόμου, θα πρέπει να γίνεται με βάση την ανατομία του ποδιού. Ιδανικά, τα υποδήματα θα πρέπει να σχεδιάζονται αναλόγως τις ανάγκες του κάθε χρήστη και βάση της ανατομίας του. Για το σκοπό αυτό έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι που περιγράφουν τη σχέση και τη συμβατότητα μεταξύ ποδιού και υποδήματος. Για την βελτίωση της συμβατότητας ποδιούυποδήματος είναι απαραίτητη η κατανόηση της βασικής ανθρωπομετρίας του ποδιού καθώς και του μηχανισμού της βάδισης. Τα οστά του ποδιού χωρίζονται σε τρεις ομάδες,στα οστά του ταρσού, τα μετατάρσια οστά και τις φάλαγγες των δακτύλων (εικόνα 2-1 α). Ο ταρσός αποτελείται από επτά οστά: την φτέρνα τον αστράγαλο, το κυβοειδές οστό, το σκαφοειδές οστό, και τα τρία σφηνοειδή οστά (εικόνα 2-1 β). Εικόνα 2-1 α - (αριστερά) Οι τρείς ομάδες των οστών, β - (δεξιά) Τα οστά του ποδιού (πηγή: McMinn s Color Atlas of Foot and Ankle Anatomy) Το μετατάρσιο αποτελείται από πέντε οστά που είναι τα μακρύτερα οστά του ποδιού. Τα οστά αυτά δεν έχουν ξεχωριστά ονόματα, αλλά αριθμούνται από I-V, με πρώτο το οστό που Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 13

14 βρίσκεται στην έσω πλευρά του ποδιού (εικόνα 2-1 β). (Logan, B. M.; McMinn, R. M. H.; Singh, D.;Hutchings, R. T., 2004) Τα δύο πλαϊνά συνδέονται με το κυβοειδές οστό, ενώ τα επόμενα τρία με τα τρία σκαφοειδή (Whittle,M.W., 2007). Οι φάλαγγες των δακτύλων αποτελούνται από δεκατέσσερα οστά Το μεγάλο δάκτυλο αποτελείται από δύο φάλαγγες, την κεντρική φάλαγγα και την ακραία φάλαγγα, ενώ τα υπόλοιπα 4 δάχτυλα έχουν από τρεις φάλαγγες το κάθε ένα: την κεντρική (proximal) φάλαγγα, την μεσαία (middle) φάλαγγα και την ακραία (distal) φάλαγγα (εικόνα 2-1 β), (Logan, B. M.; McMinn, R. M. H.; Singh, D.;Hutchings, R. T., 2004) 2.2. Ο κύκλος της βάδισης Εικόνα 2-2 Ο κύκλος της βάδισης (πηγή: An introduction to gait analysis) Ο κύκλος της βάδισης χαρακτηρίζεται από τις ενδιάμεσες καταστάσεις που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή της πραγματοποίησης μιας από τις επαναλαμβανόμενες φάσεις του περπατήματος, μέχρι την επανεμφάνιση αυτής. Τα ενδιάμεσα στάδια είναι επτά (εικόνα 2-2) και είναι τα εξής: Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 14

15 Αρχική επαφή µε το έδαφος (Initial contact), Απομάκρυνση δακτύλων απέναντι άκρου (Opposite toe off), Ανύψωση πτέρνας (Heel rise), Αρχική επαφή µε το έδαφος απέναντι άκρου (Opposite initial contact), Απομάκρυνση δακτύλων (Toe off), Τα άκρα είναι δίπλα (Feet adjacent), Το οστό της κνήμης είναι σε κατακόρυφη στάση (Tibia vertical). (Whittle,M.W., 2007) Παρατηρούμε ότι η μέγιστη κλίση της γωνίας που σχηματίζεται μεταξύ των δακτύλων και του μεταταρσίου εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της φάσης της απομάκρυνσης δακτύλων ( toe off) και είναι μοίρες (εικόνα 2-3). Στη φάση αυτή επίσης, το πέλμα αποκλίνει από την αρχική του θέση ( όταν είναι κάθετα με το πόδι) κατά μοίρες. Οι πληροφορίες αυτές θα χρησιμέψουν για την εξαγωγή των σχεδιαστικών προδιαγραφών του προς σχεδίαση υποδήματος. Εικόνα 2-3 Toe off φάση της βάδισης (πηγή: An introduction to gait analysis) 2.3. Μέρη του υποδήματος και βασικά χαρακτηριστικά αυτού Ο ρόλος του καλαποδιού Το καλαπόδι αποτελεί μια προσέγγιση του ανθρώπινου ποδιού και χρησιμοποιείται για την δημιουργία υποδημάτων. Στην ουσία, αποτελεί το καλούπι του υποδήματος που πρόκειται να κατασκευαστεί, και καθορίζει την εφαρμογή αυτού στο ανθρώπινο πόδι, καθώς επίσης, Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 15

16 συμβάλλει στην απόδοσή του (Williams, A.; Nester, C, ). Η κατασκευή του καλαποδιού, είναι μια πολύπλοκη διαδικασία η οποία περιλαμβάνει διάφορες μετρήσεις του ανθρώπινου ποδιού. Όμως, το καλαπόδι δεν αποτελεί πιστή απομίμηση του ποδιού αλλά διαφοροποιείται σε αρκετά σημεία. Παρουσιάζει μια πιο στενή εκδοχή του πίσω μέρος του ποδιού αλλά γενικά μιμείται πιστά την περιοχή των μεταταρσίων, δηλαδή το κουντεπιέ. Ο κατασκευαστής του καλαποδιού, λαμβάνει κι άλλους παράγοντες υπόψη του, όπως τη μεταβολή των διαστάσεων του ποδιού όταν αυτό είναι σε κίνηση, τη δραστηριότητα για την οποία προορίζεται το υπόδημα, τον τρόπο κατασκευής του, τον πληθυσμό για τον οποίο προορίζεται, καθώς και τις επιταγές της μόδας τη δεδομένη στιγμή Καλαπόδια για μαζική παραγωγή: Είναι διαθέσιμα σε πολλά νούμερα και στυλ αναλόγως το είδος του υποδήματος που πρόκειται να φτιαχτεί. Παραδοσιακά, κατασκευάζονται από ξύλο και σίδερο ώστε να μην παραμορφώνεται το σχήμα τους όταν πραγματοποιείται πάνω τους η επεξεργασία υλικών όπως του δέρματος. Σήμερα, κατασκευάζονται και από πλαστικό, και εκτός από τα παραδοσιακά, χρησιμοποιούνται και ψηφιακά, τρισδιάστατα καλαπόδια για την ηλεκτρονική σχεδίαση υποδημάτων σε ειδικά προγράμματα CAD Εξατομικευμένα καλαπόδια: Σε πολλές περιπτώσεις υπάρχει ζήτηση για εξατομικευμένα καλαπόδια που έχουν κατασκευαστεί σύμφωνα με τα πόδια του πελάτη. Τα καλαπόδια αυτά μπορεί να είναι φυσικά αντικείμενα είτε τρισδιάστατα μοντέλα. Ένας συνηθισμένος πλέον τρόπος δημιουργίας εξατομικευμένου τρισδιάστατου καλαποδιού, είναι μέσω της σάρωσης του ποδιού και της μετατροπής του σε τρισδιάστατο καλαπόδι. Πολλοί είναι οι πελάτες που καταφεύγουν σε αυτή τη μέθοδο είτε λόγω ιατρικού προβλήματος, είτε για καλύτερη εφαρμογή του κατά παραγγελία υποδήματος (Last, Wikipedia, 29/6/2016) Ο ρόλος των εξατομικευμένων καλαποδιών Στην αγορά υπάρχουν πολλά είδη καλαποδιού. Ο πιο συνηθισμένος και παραδοσιακός τρόπος κατασκευής τους είναι με τη χρήση 18 βασικών μετρήσεων του ανθρώπινου ποδιού (Luximon, A., 2013). Σε μια προσπάθεια καλύτερης προσέγγισης του ποδιού και εφαρμογής, τα σύγχρονα καλαπόδια κατασκευάζονται με τη χρήση 30 μετρήσεων. Γενικά, η μορφή του εξαρτάται από Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 16

17 τον κατασκευαστή του και το είδος του υποδήματος. (Παπαγιάννης, Π., 2016) Παρότι λοιπόν υπάρχει μεγάλη ποικιλία, τα υπάρχοντα καλαπόδια δεν μπορούν να καλύψουν όλο το εύρος των καταναλωτών λόγω των επιμέρους ιδιαιτεροτήτων που σίγουρα θα υπάρξουν ( ιδιομορφίες στη διάπλαση των ποδιών, ασθένειες, ειδικές ανάγκες). Επιπλέον, οι ανθρωπομετρικές μετρήσεις των ποδιών επηρεάζονται από παράγοντες όπως η ηλικία, το φύλο, η μεταφορά βάρους, η εθνικότητα και η πλευρά του ποδιού ( δεξιά ή αριστερή) (Luximon, A., 2013). Οπότε οι ανάγκες του αγοραστικού κοινού ανά τον κόσμο, δεν μπορούν να καλυφθούν πλήρως από τα υπάρχοντα καλαπόδια άρα και τα υποδήματα που κυκλοφορούν στην αγορά. Αυτός είναι ένας ακόμα λόγος για τον οποίο προτιμώνται τα εξατομικευμένα υποδήματα, τα οποία έχουν προκύψει από εξατομικευμένα καλαπόδια Το παπούτσι Γενική διαδικασία κατασκευής του Η διαδικασία κατασκευής ενός υποδήματος αποτελείται από διάφορα στάδια, με αρχικό, την κατασκευή του καλαποδιού. Έπειτα, ακολουθεί το κόψιμο των πατρόν που σχηματίζουν το αποτύπωμα του πάνω μέρους του υποδήματος. Στη συνέχεια, τα πατρόν αυτά, χρησιμοποιούνται για το κόψιμο του δέρματος ή οποιουδήποτε άλλου υλικού πρόκειται να χρησιμοποιηθεί. Τα κομμάτια του εν λόγω υλικού λοιπόν, ράβονται ή συγκολλούνται και έπειτα προσαρμόζονται κατάλληλα πάνω στο καλαπόδι. Σε αυτό το σημείο, προσαρμόζονται επίσης στο καλαπόδι η σόλα και το τακούνι. Τέλος, πραγματοποιείται το τελείωμα του παπουτσιού που περιλαμβάνει το ράψιμο, ή τη συγκόλληση των παραπάνω μερών, το γυάλισμα και το βερνίκωμα του παπουτσιού καθώς και την προσαρμογή κορδονιών, εφόσον προβλέπεται. (Williams, A.; Nester, C, ) Μέρη από τα οποία αποτελείται Κάθε υπόδημα έχει διαφορετικό ύφος και κατασκευή αλλά ως επί το πλήστον όλα τα είδη αποτελούνται από τρία βασικά μέρη. Αυτά είναι το επάνω μέρος ( upper) που περιλαμβάνει επιμέρους στοιχεία, η σόλα ( sole) και το τακούνι ( heel). Τα επιμέρους τμήματα που το αποτελούν φαίνονται στην εικόνα 2-4. Το πάνω μέρος είναι το κομμάτι που βρίσκεται πάνω από τη σόλα, και περιλαμβάνει τα παρακάτω μέρη: Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 17

18 o To Vamp το οποίο είναι ολόκληρο το μπροστινό μέρος του υποδήματος, μαζί με την μπροστινη περιοχή των δακτύλων ( toe cup& toe box). o Τη Γλώσσα o Σύστημα δεσίματος o Το Quarter, δηλαδή το πλαινο μέρος του παπουτσιού o Το Heel counter ή υποδοχέα της πτέρνας, το τμήμα εκείνο που εφάπτεται στη πτέρνα Η σόλα αποτελείται από τρείς επιμέρους σόλες o Insole (εσωτερική σόλα), είναι το κομμάτι που εφάπτεται στο κάτω μέρος του πέλματος o Outsole (εξωτερική σόλα), είναι το τμήμα που ακουμπάει στο έδαφος o Midsole (ενδιάμεση σόλα), λέγεται το κομμάτι που εμπεριέχεται μεταξύ της εξωτερικής και εσωτερικής σόλας. Η ενδιάμεση σόλα χρησιμοποιείται συνήθως για να πετύχει η επιθυμητή συνολική ευκαμψία της σόλας και τη συναντάμε συνήθως σε αθλητικά παπούτσια. Η σόλα είναι ένα κομμάτι εξαιρετικής σημασίας για τη βάδιση και την απόδοση του υποδήματος, και θα εξεταστεί εκτενέστερα παρακάτω. Στο σημείο αυτό θα παρουσιαστούν ένα ακόμα στοιχείο που εντάσεται στην περιοχή της σόλας, το ρόκερ.το ρόκερ είναι μια ελαφρια κλίση της σόλας του υποδήματος προς τα πάνω, ώστε να είναι πιο φυσική η κύλισή του στο έδαφος και με αυτόν τον τρόπο, να διευκολύνεται η βάδιση. Υπάρχουν διαφορετικά είδη ροκερ, κυρίως αυτά που αφορούν το σύνολο του μπροστινού μέρους του υποδήματος και αυτά που αφορούν μόνο τη σόλα. Τα δεύτερα σχετίζονται συναντώνται κυρίως σε ιατρίκα υποδήματα με άκαμπτες σόλες, ώστε να διευκολύνουν μέσω της κύλισης, την βάδιση. ιατρικές παθήσεις των ποδιών. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 18

19 Εικόνα 2-4 Μέρη ενός παπουτσιού (πηγή : Footwear and foot orthoses) Υλικά που χρησιμοποιούνται Όσον αφορά στα υλικά από τα οποία αποτελούνται τα παραδοσιακά υποδήματα μπορούμε να παραθέσουμε τα εξής. Η εσωτερική σόλα ( το τμήμα που εφάπτεται στο πόδι) συνήθως κατασκευάζεται από δέρμα ή καουτσούκ. Ο στόχος είναι το πόδι να εφάπτεται σε μια μαλακή επιφάνεια που δεν θα προκαλέσει τριβές και τραυματισμούς με την τραχύτητά της. Η μαλακή αίσθηση της εσωτερικής σόλας ως προς το πόδι, μπορεί να αποτελέσει και παράμετρο μηχανικής άνεσης, χωρίς όμως να καθίσταται σαφές το πώς αυτή μετριέται. (Papagiannis, P.; Koutkalaki, Z.; Azariadis, P., 2014). Ένας ακόμα ρόλος της μαλακότητας της εσωτερικής σόλας, είναι το να προστατεύει από το σκληρό μέταλλο (shank) στην περίπτωση που αυτό υπάρχει και βρίσκεται στη μεσαία σόλα. Για το πάνω μέρος του υποδήματος, συνηθέστερο υλικό είναι το δέρμα διότι επιτρέπει την εξάτμιση της υγρασίας και αποτρέπει τη συσσώρευσή της στο εσωτερικό αυτού. Το δέρμα επίσης έχει την ιδιότητα να διατείνεται άρα και να ακολουθεί τη γραμμή του ποδιού προσφέροντας έτσι ιδανική εφαρμογή. Τέλος, έπειτα από την κατάλληλη επεξεργασία, το δέρμα είναι αισθητικά ωραίο και ανθεκτικό. Πέραν του δέρματος, χρησιμοποιούνται και άλλα συνθετικά υλικά. Για την ενδιάμεση ( κυρίως) σόλα, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ένας συνδυασμός υλικών όπως ένα σκληρό- ανθεκτικό υλικό στο εξωτερικό της τμήμα και ένα πιο εύκαμπτο στο μεσαίο, για μεγαλύτερη άνεση (Williams, A.; Nester, C, ). Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 19

20 2.6. Μηχανική άνεση και παράγοντες που την καθορίζουν Το πόδι είναι ο υποδοχέας σημαντικών φορτίων που ασκούνται από το υπόλοιπο σώμα. Η υπερβολική φόρτιση του ποδιού μπορεί να οδηγήσει σε πόνους των κάτω άκρων του σώματος ή και άλλων σημείων του. Όταν μεταξύ ποδιού και εδάφους παρεμβάλλεται υπόδημα, η σόλα του υποδήματος είναι το κομμάτι εκείνο που δέχεται τις περισσότερες πιέσεις από την αλληλεπίδρασή του με το κάτω μέρος του ποδιού αλλά και με το έδαφος. Αντιθέτως, οι δυνάμεις που ασκούνται στο πάνω μέρος του υποδήματος είναι σημαντικά μικρότερες. Επομένως η μηχανική άνεση μπορεί να διακριθεί στην πελματιαία μηχανική άνεση που περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση της πελματιαίας πλευράς του ποδιού με τη σόλα και το έδαφος και στην «ραχιαία» μηχανική άνεση που αφορά το πάνω μέρος του ποδιού και την αλληλεπίδρασή του με την πάνω επιφάνεια του υποδήματος. Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που σχετίζονται με την μηχανική άνεση αφορούν κυρίως στη γεωμετρία και στο υλικό κατασκευής της σόλας. Η γεωμετρία της εσωτερικής σόλας επηρεάζει κυρίως την εφαρμογή στα σημεία επαφής του υποδήματος και του ποδιού ενώ η γεωμετρία της εξωτερικής σόλας, επηρεάζει την αλληλεπίδραση μεταξύ αυτής και του εδάφους. Η κατανομή των πιέσεων λόγω των φορτίων που ασκούνται στο υπόδημα από το πόδι κατά τη διάρκεια που το άτομο στέκεται ή βαδίζει είναι επίσης πολύ σημαντικός παράγοντας άνεσης. Πειραματικές μετρήσεις έδειξαν ότι η μεγαλύτερη πελματιαία πίεση εντοπίζεται στην περιοχή των μεταταρσίων και της πτέρνας Οι πιέσεις στις περιοχές αυτές αλλά και γενικότερα, θα πρέπει να κατανέμονται όσο το δυνατόν ομαλότερα, να μην υπάρχουν δηλαδή σημεία στα οποία να παρουσιάζουν απότομα μεγάλες τιμές. Το υλικό κατασκευής της σόλας είναι ένας ακόμα καθοριστικός παράγοντας. Γενικά ισχύει ότι τα μαλακότερα υλικά ευνοούν την άνεση, διότι επιτρέπουν στο πόδι να κάμπτεται φυσικά κατά τη βάδιση. Ένας άλλος παράγοντας μεγάλης σημασίας για την πελματιαία μηχανική άνεση είναι η απορρόφηση κραδασμών από τη σόλα. Ένας τρόπος να μετρηθεί η απορρόφηση κραδασμών είναι μέσω της ενέργειας παραμόρφωσης. Η ενέργεια παραμόρφωσης είναι η ενέργεια που απορροφά η κατασκευή κατά την παραμόρφωσή της και όσο μεγαλύτερη ενέργεια απαιτείται, τόσο ποιο άκαμπτη είναι η κατασκευή. Ένα εύκαμπτο υλικό δηλαδή, χρειάζεται μικρότερη ενέργεια παραμόρφωσης για να καμφθεί, από ένα σκληρότερο. Ένας τελευταίος σημαντικός παράγοντας που χαρακτηρίζει την μηχανική άνεση, είναι η παραμόρφωση της κατασκευής κατά τη στρέψη και την κάμψη. Όπως είδαμε στην Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 20

21 βιβλιογραφία, η στρέψη αφορά στο μπροστινό αλλά και στο πίσω μέρος της σόλας και λόγω της περιορισμένης κίνησης του αστραγάλου δεν πρόκειται να ξεπεράσει τις 15 μοίρες. Η σόλα θα πρέπει να είναι εύκαμπτη αρκετά ώστε να σχηματίζει γωνία μοιρών στην περιοχή των μεταταρσίων.(papagiannis, P.; Koutkalaki, Z.; Azariadis, P.; Papanikos, P., 2015), (Franciosa, P., Gerbino, S., Lanzotti, A., and Silvestri, L., 2013), (Papagiannis, P.; Koutkalaki, Z.; Azariadis, P., 2014) 2.7. Βασικοί κανόνες σχεδίασης σχεδιαστικές απαιτήσεις Πέραν από τις παραπάνω διαπιστώσεις και πειραματικές μετρήσεις σχετικά με τη μηχανική άνεση ενός υποδήματος, δεν υπάρχουν σαφείς κανόνες που να εξασφαλίζουν την καταλληλόλητα του υποδήματος για τον εκάστοτε χρήστη. Παρακάτω παρουσιάζονται κάποια γενικά πορίσματα ως βασικές σχεδιαστικές απαιτήσεις, ωστόσο, η αποτελεσματική σχεδίαση ενός υποδήματος θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τη φυσιολογία του ποδιού του ατόμου, όπως έχει αναφερθεί και παραπάνω. Επομένως, μια σόλα για να είναι λειτουργική και να μη δημιουργεί προβλήματα στους χρήστες των υποδημάτων σε γενικές γραμμές, θα πρέπει να πληροί της παρακάτω προϋποθέσεις: Συνίσταται το τακούνι να είναι ψηλότερο της σόλας, δηλαδή η πτέρνα να βρίσκεται ψηλότερα από τα μετατάρσια. Η σόλα θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από μία μικρή ανόρθωση στο μπροστινό της τμήμα η οποία θα βοηθάει στην κύλιση κατά την ώρα της βάδισης Το μέρος της σόλας που έρχεται σε επαφή με το έδαφος, θα πρέπει να παρουσιάζει επαρκή τριβή με το έδαφος για να αποφεύγεται η ολίσθηση. Η σόλα θα πρέπει να είναι εύκαμπτη αρκετά ώστε να σχηματίζει γωνία ο στην περιοχή των μεταταρσίων, τα οποία υπολογίζονται ότι βρίσκονται στο 26% του μήκους του ποδιού. Είναι επιθυμητό η σόλα να έχει όσο το δυνατόν μικρότερο βάρος, ώστε να μην επιβαρύνει τη βάδιση. Η σόλα δεν θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα μαλακή αφενός για να μην είναι διαπερατή από αντικείμενα του εδάφους και αφετέρου για να μην αλλοιώνεται το σχήμα της αναλόγως την Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 21

22 κατεύθυνση του βάρους του ποδιού. Δεν θα πρέπει δηλαδή το πόδι να «βυθίζεται» μέσα στη σόλα διότι με αυτόν τον τρόπο προκαλούνται προβλήματα στη βάδιση. Το τμήμα της σόλας που έρχεται σε επαφή με το πόδι, θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από τέτοια υφή ώστε να μην προκαλεί δυσάρεστες τριβές και τραυματισμούς στο πόδι κατά τη διάρκεια που το άτομο στέκεται ή βαδίζει. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 22

23 3. Η τρισδιάστατη εκτύπωση, και η εφαρμογή αυτής στον τομέα των υποδημάτων 3.1. Τρισδιάστατη εκτύπωση ( Additive Manufacturing) Στον κατασκευαστικό τομέα, υπάρχουν τρεις κατηγορίες μεθόδων. Οι αφαιρετικές ( subtractive), οι προσθετικές ( additive) και οι συμπιεστικές ( compressive). Στις αφαιρετικές χρησιμοποιείται ένας αρχικός όγκος υλικού, από τον οποίο σταδιακά αφαιρείται υλικό μέχρι να επιτευχθεί το τελικό σχήμα του προϊόντος. Στις προσθετικές, το προϊόν «χτίζεται» μέσω ενοποίησης σωματιδίων υλικού ή εναπόθεσης υλικού σε στρώσεις. Τέλος, στις συμπιεστικές μεθόδους, ένα ρευστό ή ημίρρευστο υλικό, υπόκειται σε κατάλληλες πιέσεις ώσπου να πάρει την επιθυμητή στερεή μορφή. (Azariadis, P., 2014). O όρος additive manufacturing (ΑΜ) περιγράφει το σύνολο των τεχνολογιών που χρησιμοποιούν τις προσθετικές μεθόδους που αναφέραμε παραπάνω. Κάνοντας εναπόθεση υλικού σε στρώσεις ή ενώνοντας σωματίδια υλικού, οι μηχανές (ΑΜ), κατασκευάζουν ένα τρισδιάστατο αντικείμενο παίρνοντας ως δεδομένο το τρισδιάστατο μοντέλο αυτού. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής είναι πολλά και σημαντικά. Με χρήση τεχνολογιών ΑΜ μπορεί να επιτευχθεί μεγάλη πολυπλοκότητα στην γεωμετρία του αντικειμένου σε σχέση με τις συμβατικές δομές παραγωγής. Επίσης υπάρχει δυνατότητα παραγωγής εξατομικευμένων προϊόντων με συγκριτικά χαμηλότερο κόστος κατασκευής, διότι η βιομηχανική παραγωγή συμφέρει κυρίως για μεγάλες παρτίδες όμοιων αντικειμένων. Αλλά ακόμα και σε περιπτώσεις που δεν απαιτείται εξατομίκευση, οι τεχνολογίες ΑΜ συμφέρουν, καθώς γίνεται οικονομία στις πρώτες ύλες λόγω χρήσης της απαραίτητης ποσότητας υλικού. Άλλα πλεονεκτήματα είναι ότι ο χρόνος κατασκευής του προϊόντος μειώνεται δραστικά καθώς και ότι η διαδικασία απλοποιείται εφόσον δεν απαιτείται πλέον χρήση εργαλείων, προγραμματισμός των μηχανημάτων και χειρωνακτική εργασία. Όλα τα παραπάνω, συνεισφέρουν στην μείωση του κόστους και την αύξηση της ταχύτητας έναντι των παραδοσιακών μεθόδων (μαζικής) παραγωγής. Επίσης, η μέθοδος αυτή είναι φιλική προς το περιβάλλον εφόσον ελαχιστοποιούνται τα απόβλητα και εξοικονομείται ενέργεια. Πλέον έχει καθιερωθεί να Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 23

24 αναφερόμαστε στην τρισδιάστατη εκτύπωση additive manufacturing με τον όρο 3d Printing (τρισδιάστατη εκτύπωση). Επομένως με τη μέθοδο της τρισδιάστατης εκτύπωσης, καθίσταται εφικτή η οικονομική και γρήγορη παραγωγή πρωτοτύπων και τελικών προϊόντων, σε ορισμένες περιπτώσεις όμως εις βάρος του εύρους των υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν, της αντοχής του τελικού προϊόντος καθώς και της ποιότητας της υφής στην επιφάνεια. Παρόλα αυτά, η τεχνολογία συνεχώς εξελίσσεται και αναπτύσσονται καινούργια υλικά, πολλά υποσχόμενα υλικά ως προς τις ιδιότητες και την ανθεκτικότητα. Οι περιοχές που βρίσκει εφαρμογή η μέθοδος του additive manufacturing είναι πολλές και αυξάνονται συνεχώς. Η οδοντιατρική, η αεροναυπηγική, τα ιατρικά εμφυτεύματα, η ιατρική, τα οχήματα, τα αξεσουάρ μόδας,η αρχιτεκτονική και η τέχνη γενικότερα, είναι μερικοί τομείς στους οποίους εφαρμόζεται η τεχνολογία αυτή. (Amazing, Additive Manufacturing), (3D Printing, Wikipedia) (Campbell, Τ.; Williams, C.; Ivanova, O.; Garrett, B., 2011), ( Berman, B., 2012) Rapid prototyping (ταχεία πρωτοτυποποίηση) Στον κατασκευαστικό τομέα, η παραγωγικότητα επιτυγχάνεται από την γρήγορη και ανέξοδη μεταφορά του προϊόντος από την βασική ιδέα στην αγορά. Η τεχνολογία ταχείας πρωτοτυποποίησης ( RP), βοηθάει σε αυτό το σκοπό, αυτοματοποιώντας την κατασκευή πρωτοτύπων ή τμημάτων τους από τρισδιάστατα μοντέλα CAD. Το ξεκίνημα του Additive manufacturing χρονολογείται το 1987 με την ανάπτυξη του πρώτου συστήματος στερεολιθογραφίας (SLA) και είχε ως σκοπό πρωτίστως την γρήγορη και εύκολη κατασκευή πρωτοτύπων. (Azariadis, P., 2014) Έτσι προέκυψε ο όρος Rapid Prototyping. Επομένως, για τα επόμενα σχεδόν είκοσι χρόνια ο όρος του Additive Manufacturing ταυτίζεται με αυτόν του Rapid prototyping, διότι η χρήση τους είναι ταυτόσημη μιας και οι εφαρμογές της τεχνολογίας αυτής μέχρι πολύ πρόσφατα περιορίζονταν στη ταχεία κατασκευή πρωτοτύπων. Πλέον στις μέρες μας, το additive manufacturing δεν χρησιμοποιείται μόνο για ταχεία πρωτοτυποποίηση άλλα και για παραγωγή τελικών προϊόντων ( Rapid Manufacturing). Ό όρος Rapid Prototyping λοιπόν, προσδιορίζει τον σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιείται η τεχνολογία του Additive Manufacturing. Η ταχεία πρωτοτυποποίηση χρησιμοποιήθηκε επί χρόνια από τη βιομηχανία οχημάτων και αεροσκαφών. (Rapid Prototyping, Materialize.com) Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 24

25 Rapid Manufacturing Όταν η χρήση της τεχνολογίας του additive manufacturing γίνεται με σκοπό την παραγωγή του τελικού προϊόντος και όχι ενός πρωτοτύπου, χρησιμοποιούμε τον όρο Rapid Manufacturing για να χαρακτηρίσουμε τη συγκεκριμένη διαδικασία d printing (3DP, desktop fabrication) Ο όρος 3d printing εισάχθηκε το 1995 στο MIT και προκύπτει από την παρομοίωση της κεφαλής του τρισδιάστατου εκτυπωτή με αυτήν του παραδοσιακού εκτυπωτή με μελάνι. Με την πτώση των τιμών των τρισδιάστατων εκτυπωτών και το πέρασμα της διαδικασίας του additive manufacturing στο ευρύ κοινό, η ονομασία 3d printing καθιερώθηκε πλέον έναντι του όλων των κατηγοριών του additive manufacturing, συμβολίζοντας το ξεκίνημα μιας εποχής που η τεχνολογία του additive manufacturing θα χρησιμοποιείται πλέον από όλο και περισσότερους ανθρώπους και θα έχει πολλαπλά πεδία εφαρμογής. Γενικά οι 3D printers είναι μικρότεροι φθηνότεροι και λιγότερο ακριβείς από τις RP μηχανές. Επίσης καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και προβλέπονται για κατασκευές μικρότερου όγκου. Τα υλικά που χρησιμοποιούν είναι κυρίως πλαστικά. (PADT, Inc. The Blog, 3D Printing, Rapid Prototyping, Additive Manufacturing? What is the Difference? ) Τεχνολογίες που περιλαμβάνει το Additive Manufacturing Αναλόγως με το υλικό που χρησιμοποιούν, οι τεχνολογίες που συγκαταλέγονται στην προσθετική μέθοδο, μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής (Wikipedia, 3d Printing,), (3dprintingindustry, The Free Beginner s Guide) Στερεολιθογραφία ( stereolithography - SL) Η στερεολιθογραφία είναι από τις παλαιότερες τεχνικές του additive manufacturing και η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε εμπορικά από την αμερικάνικη εταιρία 3D systems. Θεωρείται μια από τις ακριβέστερες μεθόδους διότι παράγει μοντέλα μεγάλης λεπτομέρειας και επιτυγχάνει εξαιρετικό τελείωμα επιφανειών. Κατά τη μέθοδο αυτή το προϊόν «χτίζεται» σε μια δεξαμενή με φωτοπολυμερή ρητίνη σε υγρή μορφή η οποία στερεοποιείται στο επιθυμητό σχήμα, με μια υπεριώδη ακτίνα laser. Κάθε φορά που μια στρώση ολοκληρώνεται, η πλατφόρμα πάνω στην οποία κατασκευάζεται το αντικείμενο χαμηλώνει κατά μια βαθμίδα Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 25

26 ώστε να στερεοποιηθεί η επόμενη στρώση στην επιφάνεια της δεξαμενής. Η φύση της μεθόδου αυτής απαιτεί την δημιουργία δομών στήριξης για ορισμένες γεωμετρίες του αντικειμένου. Έπειτα από την ολοκλήρωση της κατασκευής του προϊόντος με τη μέθοδο της στερεολιθογραφίας, προβλέπεται μετέπειτα επεξεργασία που περιλαμβάνει το καθάρισμα του αντικειμένου, την αφαίρεση των υποστηρικτικών δομών καθώς και την υποβολή του σε πηγή έντονου φωτός μέσα σε φούρνο, για την στερεοποίηση και σκλήρυνση της ρητίνης. Η μετέπειτα επεξεργασία είναι ένα από τα ελαττώματα της μεθόδου αυτής. Εικόνα 3-1 SLS method ( πηγή: DLP (digital light processing) Η DLP είναι μέθοδος που έχει ομοιότητες με τη στερεολιθογραφία διότι και σε αυτήν χρησιμοποιούνται φωτοπολυμερή υλικά. Η διαφορά τους έγκειται στο ότι η DLP χρησιμοποιεί μια συμβατική πηγή φωτός όπως μια λάμπα σε συνδυασμό με οθόνη υγρού κρυστάλλου ή παραμορφωτικό καθρέπτη που εφαρμόζεται σε όλη την επιφάνεια της δεξαμενής με ένα μόνο πέρασμα, καθιστώντας τη μέθοδο αυτή γρηγορότερη από την SL. Η DLP μέθοδος απαιτεί, όπως και η SLA, υποστηρικτικές δομές και μετέπειτα επεξεργασία αλλά σε γενικές γραμμές είναι γρηγορότερη από την SLA και οικονομικότερη, διότι απαιτεί σχετικά ρηχή δεξαμενή με ρητίνη μιας και το αντικείμενο κατασκευάζεται έξω από αυτήν. Με αυτόν τον τρόπο μειώνονται οι ανάγκες σε υλικό. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 26

27 Εικόνα 3-2 DLP method ( πηγή: Συντηγμένη μοντελοποίηση με εναπόθεση FDM (Fused Deposition Modeling) Τα συστήματα αυτά, χρησιμοποιούν θερμοπλαστικά υλικά (πολυμερή που αλλάζουν από την υγρή στην στερεή φάση όταν ψύχονται και αντίστροφα). Τα υλικά αυτά λιώνουν σε θερμαινόμενο ακροφύσιο από το οποίο εξωθούνται σε μορφή νήματος, δημιουργώντας στρώσεις μέχρις ότου σχηματιστεί το αντικείμενο. Το υλικό σκληραίνει μετά την εναπόθεση του στην πλατφόρμα και οι στρώσεις ενώνονται μεταξύ τους χωρίς επιπρόσθετο συνδετικό υλικό. Τα συνηθέστερα υλικά για αυτή τη μέθοδο είναι το ABS και το PLA. Η μέθοδος αυτή απαιτεί μετέπειτα επεξεργασία και η ακρίβεια του δεν είναι η καλύτερη δυνατή σε σχέση με άλλες μεθόδους. Εικόνα 3-3 FDM method ( πηγή: Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 27

28 Inkjet Method: Binder Jetting Η μέθοδος αυτή προβλέπει την κατασκευή ενός μοντέλου σε ένα δοχείο γεμάτο με πούδρα από άμυλο ή άλλο υλικό που έχει ως βάση του το γύψο. Η κεφαλή της βελόνας εκτύπωσης εκχέει μικρή ποσότητα συνδετικού υλικού πάνω στην πούδρα ώστε να την ενώσει σχηματίζοντας λεπτές στρώσεις. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου να ολοκληρωθεί η κατασκευή. Επειδή το μοντέλο κατασκευάζεται μέσα στην δεξαμενή με την μαλακή πούδρα, δεν χρειάζεται επιπλέον υποστήριξη. Η μέθοδος αυτή, είναι η μόνη που μπορεί να τυπώσει έγχρωμο αντικείμενο. Τα αντικείμενα που προκύπτουν από τη διαδικασία αυτή δεν είναι πολύ ανθεκτικά και απαιτούν μετέπειτα επεξεργασία για να αποκτήσουν την επιθυμητή αντοχή. Εικόνα 3-4 Inkjet method ( πηγή: Inkjet: Material Jetting MJM (Multi-Jet Modeling) Είναι μια από τις ακριβότερες τεχνικές του additive manufacturing. Μία μεγάλη κεφαλή, ικανή να κινείται τρισδιάστατα στο χώρο, ενσωματώνει πολλά μικρά ακροφύσια τα οποία εξωθούν θερμοπολυμερές υλικό σε υγρή μορφή το οποίο στερεοποιείται και ενώνεται με τη βοήθεια μιας ακτίνας UV, σχηματίζοντας στρώσεις. Είναι μια μέθοδος μεγάλης ακρίβειας και λόγω της ύπαρξης πολλαπλών ακροφυσίων καθίσταται δυνατή η χρήση πολλαπλών υλικών για την κατασκευή του προϊόντος. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 28

29 Εικόνα 3-5 Inkjet Material Jetting Method ( πηγή: Επιλεκτική πολυεπίπεδη πυροσυσσωμάτωση (Selective Layer Sintering- SLS ) Στη μέθοδο αυτή γίνεται χρήση τεχνολογίας Laser υψηλής ισχύος και υλικών σε μορφή πούδρας. μερικά από τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά τη μέθοδο αυτή είναι πλαστικά, κεραμικά και γυαλί. Η διάταξη του μηχανήματος της συγκεκριμένης μεθόδου προβλέπει μια δεξαμενή όπου βρίσκεται το υλικό σε μορφή πούδρας και λειτουργεί και μια δεύτερη στην οποία πραγματοποιείται η κατασκευή του υλικού και στην οποία υπάρχει επίσης μια στρώση πούδρας που τροφοδοτείται από την διπλανή δεξαμενή. Η ακτίνα UV στερεοποιεί την πούδρα της δεύτερης δεξαμενής, δημιουργώντας μία ενιαία στρώση στο επιθυμητό σχήμα. Μόλις η πρώτη στρώση πραγματοποιηθεί, τότε η δεύτερη δεξαμενή χαμηλώνει κατά μια κλίμακα τη βάση της στην οποία κατασκευάζεται το αντικείμενο. Μια μικρή ποσότητα πούδρας μεταφέρεται από την πρώτη δεξαμενή στη δεύτερη και με τη χρήση ενός ρολού η επιφάνειά της γίνεται επίπεδη και λεία. Η ακτίνα UV ενώνει και στερεοποιεί την πούδρα στη δεύτερη στρώση η οποία χτίζεται πάνω στην πρώτη και ενώνεται με αυτήν. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρις ότου να σχηματιστεί ολόκληρο το αντικείμενο. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας το αντικείμενο αφαιρείται από την δεξαμενή και καθαρίζεται. Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 29

30 Εικόνα 3-6 SLS method ( πηγή: Παρότι η μέθοδος αυτή παράγει πιο ανθεκτικά προϊόντα από τις SL και DPL, τα τελειώματα των επιφανειών δεν είναι τόσο καλά. Η μέθοδος αυτή επίσης απαιτεί laser μεγάλης ισχύος και ανάπτυξη υψηλών θερμοκρασιών SHS (Selective Heat Sintering) Η μέθοδος αυτή είναι παρόμοιας λογικής με την SLS με τη διαφορά ότι αντί για laser υψηλής έντασης, γίνεται χρήση θερμικής κεφαλής. Επίσης η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιεί αποκλειστικά θερμοπλαστική σκόνη που έχει παρόμοιες ιδιότητες με αυτές του Nylon. Έχει αναπτυχθεί από την εταιρία Blueprinter και σε σχέση με την SLS είναι οικονομικότερη και ενδείκνυται για την παραγωγή φθηνών πρωτοτύπων Tα 8 βήματα του additive manufacturing Οι περισσότερες διαδικασίες του Additive Manufacturing περιλαμβάνουν τα παρακάτω 8 βήματα, ώστε να πραγματοποιηθεί η διαδικασία μετατροπής ενός ψηφιακού τρισδιάστατου αρχείου ( CAD), σε τελικό προϊόν. (Gibson, I.; Rosen, D.;Stucker, B., 2010) Εικόνα 3-7 Τα 8 βήματα του additive manufacturing, πηγή: (Gibson, I.; Rosen, D.;Stucker, B., 2010) Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 30

31 Σύλληψη της ιδέας ( concept) και CAD Το πρώτο βήμα για την ανάπτυξη οποιουδήποτε προϊόντος είναι η σύλληψη της ιδέας σχετικά με την όψη και τη λειτουργία του. Η ιδέα αυτή πρέπει να αποτυπωθεί σε ψηφιακή μορφή ως τρισδιάστατο μοντέλο που να περιγράφει την εξωτερική γεωμετρία του προϊόντος. Τα δεδομένα αυτής της τρισδιάστατης σχεδίασης πρέπει να αποτελούν ένα αρχείο CAD ( computer aided design), δηλαδή να περιγράφουν το αντικείμενο ως στερεό μοντέλο ή ως μοντέλο επιφάνειας. Ένας άλλος τρόπος για την απόκτηση αρχείων CAD πέραν της σχεδίασης, είναι η αντίστροφή μηχανική ( reverse engineering). Με χρήση δηλαδή scanners ( laser ή optical) είναι εφικτή η μετατροπή σχεδόν οποιουδήποτε φυσικού αντικειμένου σε τρισδιάστατο στερεό μοντέλο. Μετατροπή σε αρχείο STL Σήμερα σχεδόν κάθε μηχάνημα τρισδιάστατης εκτύπωσης δέχεται ως δεδομένα αρχεία STL τα οποία έχουν καθιερωθεί και εξάγονται από τα λογισμικά CAD. Τα αρχεία αυτά (STL) περιγράφουν την εξωτερική κλειστή επιφάνεια του μοντέλου CAD, προσεγγίζοντας την με ένα σύνολο τριγώνων και καθέτων διανυσμάτων. Οι περιορισμοί ενός αρχείου STL ( δεν μπορούν να περιγράψουν χρώματα, υλικά, διαστάσεις ή άλλες πληροφορίες) οδήγησαν στη δημιουργία ενός νέου τύπου αρχείου, του AMF. Πολλές μεγάλες εταιρίες δήλωσαν ότι θα υποστηρίξουν τη νέα αυτή μορφή αρχείου στην επόμενη γενιά CAD λογισμικών που θα σχεδιάσουν. Μεταφορά του STL αρχείου στο μηχάνημα Κατά το βήμα αυτό, γίνονται οι απαραίτητες διορθώσεις σχετικά με το μέγεθος, τη θέση και τον προσανατολισμό, ώστε να μεταφερθεί σωστά το αρχείο του μοντέλου στο μηχάνημα ΑΜ και να αρχίσει η εκτύπωση. Ρυθμίσεις του μηχανήματος ΑΜ Προτού αρχίσει η διαδικασία του «χτισίματος» του αντικειμένου, πρέπει να ρυθμιστούν κατάλληλα παράμετροι όπως περιορισμοί αναλόγως το υλικό, πηγή ενέργειας, πάχος των στρώσεων, χρόνος κ.α. Κατασκευή Το μέρος που αφορά την κατασκευή του αντικειμένου, είναι μια διαδικασία που λαμβάνει χώρα συνήθως μόνη της, χωρίς παρέμβαση και επίβλεψη. Στοιχειώδης παρακολούθηση Μ.Π.Σ. ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σελίδα 31