3D打印兒童矯形鞋墊服務設計研究

撰文：趙瑩雪，劉世忠

3D打印兒童矯形鞋墊服務設計研究

撰文：趙瑩雪，劉世忠

圖5 SOLS APP 逆向建模- 確定關鍵點位置

兒童矯形鞋墊是兼具經濟與實用價值的新型康復器械，具有巨大的市場潛力。其中，以基于3D打印技術與服務設計理念構建的數字化矯形鞋墊商業系統尤為引人注目。基于對SOLS數字化3D打印矯形鞋墊服務系統的分析，對中國如何自主構建3D打印兒童矯形鞋墊服務設計系統進行探討。

兒童矯形鞋墊；服務設計；3D打印；SOLS；逆向建模

一、邁入工業4.0的兒童矯形鞋墊產業

兒童群體因遺傳、書包過重、坐姿不佳等外部環境易產生如X型腿、O型腿等多種足部治療需求。其最佳治療時期為兒童階段，而矯形鞋墊是能兼顧兒童生理與心理特點的有效治療方案。[1]因而，兒童矯形鞋墊是與光學矯正器材眼鏡相近，兼具實用價值與經濟價值的新型康復器材。在多種矯形鞋墊的制作方式當中，尤以能按需定制、構建柔化供應鏈、價值鏈反應迅速的3D打印最為引人注目。[2]2015年5月8日國務院頒布了《中國制造2025》強化高端制造業的國家戰略規劃，推進中國制造業升級、轉型，促使更多的制造企業關注“3D打印”新興領域。[3]3D打印這一增材制造技術與定制化的兒童矯形鞋墊生產需求相適合，符合國家產業升級的宏觀趨勢，有作為我國3D產業發展的突破點的潛力。

從消費者角度，中國大陸市場尚處于萌芽階段。以歐特克旗下達爾康為代表的矯形鞋墊制作公司，在香港的客戶群體主要是兒童，且需求較大，在大陸區域市場尚未培育起來。消費者擔憂治療作用難以量化，僅應用在相對較窄的足部治療領域。[4]綜上，我國的兒童矯形鞋墊產業落后于歐美成熟市場，但有機會直接跳過手工定制、批量半預制階段，直接進入無縫整合3D打印技術、云科技、大數據、物聯網等科技的工業4.0階段。現代服務設計理論能有效協調諸多利益相關者、有形的設備、無形的技術與資本，并提供優良的用戶體驗，建立完善的商業模式。

圖1 SOLSAPP-創建訂單采集基本信息

圖2 SOLS APP- 采集用戶雙腳圖像信息

二、基于3D打印的矯形鞋墊服務設計案例分析

英國設計協會于2010年對服務設計做出定義：服務設計是讓服務變得更加有用，可用，高效，有效和被需要。[5]服務設計著眼于建立系統，包括人、物以及用戶與服務提供者互動的交互界面。服務設計概念能有效地整合矯形鞋墊產業需解決的癥狀診斷、數據測量、鞋墊定制、產品提交等問題。2015年，在美國獲得1110萬美元風投的SOLS公司對于如何對3D打印矯形鞋墊產業進行服務設計提供了良好的范例。

圖3 SOLS APP- 調整細節，開具處方

圖4 SOLS APP 逆向建模- 網格分割用戶足部照片

圖6 SOLS APP 逆向建模- 依據關鍵點連線，成面，成體

位于紐約的SOLS公司創意是由創始人科甘·施奧文伯格提出的，這源于其多學科背景以及對生活的深刻體會。由于患有扁平足，科甘在8、9歲時就開始使用通過傳統的制模、澆筑方式手工定制的矯形鞋墊。但由于其丑陋的外形，價值500美元的矯形鞋墊就被她帶著愧疚的心理棄置在儲物柜中。然而，后期足部的疼痛與不適感促使科甘開始嘗試尋求更佳的矯形鞋墊定制方式。[6]科甘后續的學習與工作啟發她考慮結合服務設計思維與3D打印的可能性。她就讀于美國著名的普瑞特設計學院工業設計系，并在畢業后開辦了自己的設計公司，為塔吉特超市等廠商提供產品設計與制造，獲得了對服務設計思維的了解。她還曾作為工程與操作主管任職于著名的在線3D打印平臺塑形方式（Shapeways），負責管理其在紐約皇后區的大型工廠。塑形方式是一個類似淘寶的3D打印加工制造平臺，為設計師和3D打印玩家加工并銷售作品。每個人都可以在該平臺上開店，平臺會根據材料、大小及對象的復雜程度抽取一定比例的傭金。它憑借月均18.1萬件訂單，已成為全球第一的3D打印社區。[7]科甘在塑性方式的工作經歷使她掌握了豐富的3D打印技術。科甘將傳統的矯形鞋制作同3D打印、服務設計思維相結合并最終創辦了SOLS。不同于一般的3D打印企業，SOLS公司的重點并不在于研發3D打印機，而是依托于與德國3D打印巨頭EOS公司合作。SOLS業務的核心在于構建優秀的矯形鞋墊服務系統，難點在于通過APP應用完成對用戶足部數據的全數字化采集，逆向建模鞋墊的訂購服務系統。

具體來說，通過下載SOLS的APP應用，即可進入定制系統。在此系統中，首先需要創建新用戶文檔，輸入基本統計數據如性別、年齡、體重等。接下來，APP將對用戶腳長測量進行指導，進而獲得用戶雙腳的長寬、生活樣式和需要的鞋墊的軟硬程度。第三步，APP應用將進入到對用戶進行雙腳圖像數據采集的階段，為后續逆向數字建模的過程提供數據（圖2）。

完成前三步的基礎數據采集后，系統將實時完成鞋墊建模并允許操作者對關鍵數據如足弓的彎曲度、鞋墊的長度與材質等進行調整，開出矯形鞋墊的處方。該應用對用戶生活樣式的軟性需求給予了一定的人文關懷。例如，根據用戶鞋墊具體使用的環境（運動鞋或平底鞋等），對模型進行微調。對用戶美學方面的需求如顏色的喜好給予了充分的考慮。至此，矯形鞋墊全數字化處方開據過程完成，但SOLS的服務并不止于此。接下來，用戶可根據需要填寫送貨地址，完成鞋墊訂單的提交（圖3）。

上述SOLS系統的核心科技通過用戶的足部三視圖照片逆向構建鞋墊的數字模型。將用戶足部照片與內置的足部模型匹配，進行網格分割（圖4）。根據劃分后的三視圖，確定約1000個建模關鍵點（圖5），連線，成面，完成鞋墊的逆向數模構建（圖6）。[8]隨著用戶數據增加，SOLS的云端數據庫實時完善，修正逆向建模的算法，從而使生成的矯形鞋墊模型愈加精準。但該技術目前存在爭議點，即其是處于非承重狀態下取樣，構建的矯形鞋墊是否能完成用戶在承重狀態下康復需求還存在疑問。個別文獻上提到SOLS公司通過“適應套件（Fitting Kit）”采集承重狀態下的數據作為補充。這是一個軟墊，用戶把自己的腳踩在上面采集印記，發回公司。[9]這一措施并未在其官方文件上獲得更多證實。綜上，SOLS服務體系的核心，數字化逆向建模技術的有效性還需更深入的論證與完善。

圖7 SOLS WebPT 治療師簽約

圖8 ： SOLS Web PT 簽約治療師為病人配置矯形鞋墊

圖9 面向普通用戶的Exo SOLS 系統

SOLS公司的另一個重要創新就在于其獨特的服務系統。相較傳統取模或半定制方式，利用SOLS系統，鞋墊定制時間從原來的若干小時縮短至數十分鐘，全過程簡潔便利。通過3D打印制作的鞋墊成品自重大幅下降，美觀輕薄，可以被用于多種鞋型，大大提升了用戶滿意度。不僅如此，價錢可從傳統的500美金降至199美金。

這套數字化在線定制矯形鞋墊服務系統最早僅面向專業的物理治療師，SOLS公司稱之為網絡物理治療師WebPT服務系統。SOLS公司為他們提供專業培訓、簽約與定制服務（圖7、8）。WebPT系統工作流程高效順暢，為治療師節約大量的時間。同時治療師也無需增加投資或學習3D打印建模技術，即可使用3D打印技術。WebPT系統的這些特點使它深受物理治療師的歡迎。在專業的WebPT系統外，SOLS公司還積極開發面向大眾用戶的系統Exo SOLS（圖9）， 預計于2016年初發布。[10]民用與專業系統共同構成了SOLS完整數字服務系統（圖10）。 基于這一平臺，SOLS公司可根據戰略需要，不斷拓展自己的產品線。

三、中國3D打印兒童矯形鞋墊服務設計方向

SOLS對中國3D打印兒童矯形鞋墊系統服務設計的啟發意義主要有兩方面：第一，通過服務設計，建立云加工平臺，集中加工。將銷售3D打印設備模式向提供加工平臺轉變。目前國內已經出現以魔猴網、意造網等與美國塑性方式類似的C2C平臺。[11]也有像光韻達醫學3D打印云平臺這樣醫療專項B2B系統。但能夠有效簡化建模流程，提供優質用戶體驗的B2C定制系統尚處于空白，具有發展的潛力。第二，自主研發逆向建模技術，實現通過照片構建鞋墊數模, 將用戶從高門檻的3D打印技術中解放出來，享受其帶來的便利。

此外，還需考慮中國市場的具體情況：第一，中國物理治療師的從業模式不同于美國。與美國物理治療師通常擁有獨立診所不同，中國物理治療師主要在住院康復機構、門診康復機構和社區康復機構受聘。[12]因而在設計中國醫用矯形鞋墊服務系統時，應考慮面向整體康復科這樣的企業用戶而非個人用戶。第二，相對于美國大眾對矯形鞋墊有較為普遍的認識，中國市場仍處于藍海階段。經調查，中國尚未出現服務大眾的矯形鞋墊定制業務。因而中國服務系統應從推廣入手，與市場營銷相關點是首先需要考慮的重點。

綜上，隨著人們健康意識的提升，健康產業的商業模式將逐步縮減中間流通環節向B2C模式轉變。因而，順應這一變化，中國開展基于3D打印技術的兒童矯形鞋墊設計主要有兩個重要突破點：第一，深入調研利益相關者，如治療師、病人、顧客等的生活樣式，了解整個用戶體驗流程中的需求點與痛點。第二，依據利益相關者的生活樣式，設定符合其能力、習慣的快捷逆向建模方式，降低相關技術與服務的使用門檻。順利攻克這兩點離不開工程師、工業設計師、用戶體驗設計師、服務設計師等多學科創新人才的協同合作。

圖10 SOLS公司3D打印鞋墊服務系統

[1]趙瑩雪,劉世忠.兒童矯形鞋墊設計的應用與發展[J].創意設計源.2015(02).

[2]牛祿青. 3D打印 開啟制造新空間[J].新經濟導刊.2015(10).

[3]吳勇毅, 陳淵源.《中國制造2025》上的3D打印“國家戰略”[J].上海信息化.2015(10).

[4] 楊君華,段兆勛.達爾康：引領健康消費 占領時尚市場[EB/OL].（2015-12-23）[2016-1-18]. http://www.chinaleather.org/News/20151223/286039. shtml.

[5] Lucy.淺談服務設計[EB/OL]. (2014-09-01) [2016-1-18].http://uedc.163.com/12158.html.

[6]SOLS. Inc 30 Under 30 - Kegan Schouwenburg[EB/ OL]. (2014-07)[2016-1-10].https://vimeo. com/132839984.

[7]卡夫卡.月均18.1萬 Shapeways如何做到全球頭牌? [EB/OL].(2015-02-19)[2016-1-18].http:// office.pconline.com.cn/612/6127917.html.

[8] Sarah Perez. SOLS Flex：3D 打印的定制醫療鞋墊[EB/OL]. (2015-10-08)[2016-1-14].http:// techcrunch.cn/2015/10/08/sols-lets-you-buy-3dprinted-insoles-customized-to-your-feet-rightfrom-an-iphone-app.

[9] 天宮社.3D打印定制鞋墊獲著名風投175萬美元種子資金[EB/OL]. (2014-01-28)[2016-1-18].http://www.3ddayin.net/zx/5466.html.

[10] PRNewswire.SOLS introduces "The Evolution of Movement" as a precursor to its newest consumer product launch: ExoSOLS, engineered to provide relief for foot, back and ankle pain. [EB/OL].(2016-1-21)[2016-1-22].

[11]周文靜. 光韻達醫學3D打印云平臺上線[EB/OL].(2015-09-21)[2016-04-08].

h t t p://f i n a n c e.c h i n a.c o m.c n/s t o c k/ ssgs/20150921/3351117.shtml.

[12] 密忠祥,黃秋晨,劉菲.我國康復機構服務及運營管理現狀分析[J].中國康復理論與實踐.2015(1).

趙瑩雪

天津美術學院講師

劉世忠

天津醫科大學總醫院康復科治療師

Research on Service Design of Children Foot Orthodontic by 3-D Printing

Children foot orthotics was a brand new rehabilitation device, which had both great economic and practical value. And the business system, which built by 3D printing technology and service design theory, was especially promising. The 3D printing service system of foot orthotics would be deeply explored based on the analysis of its typical representative SOLS. Hypotheses about how to built 3D printing service system of foot orthotics in China independently were given out as well.

Children foot orthotics; Service design; 3D printing; SOLS; Reverse modeling