REVISTA DESIGN & TECNOLOGIA
2178-1974
20, Vol. 10, No. 21
10.23972/det2020iss21pp01-10
www.pgdesign.ufrgs.br
CONTATO: Luis A. K. Bugin – augustobugin@gmail.com
© 2020 – Revista Design & Tecnologia
Exploration of data-driven midsole algorithm design based in
biomechanics data and Voronoi 3D to digital manufacturing.
Luis A. K. Bugin
1
; Cristian V. M. Fagundes
1
; Underléa M. Bruscatto²; Luis H. A. Cândido²
Mestres em Design pelo Programa de Pós-Graduação em
Design, Departamento de Design e Exp. Gráfica, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil
Programa de Pós-Graduação em Design, Departamento de
Design e Exp. Gráfica, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, Porto Alegre, Brasil
ABSTRACT
This study proposed the creation of an algorithm for the elaboration of a midsole customized by functional
parameters and generative systems, with production through digital manufacturing. The computational
resources used are the Rhinoceros® program and the Grasshopper® extension. The primitives are given in a
".asc" format for the plantar pressure distribution test; the position of the insole sensors (.jpeg); 3D geometry
of the midsole parameterized from the outline of a common insole. The developed algorithm operates by
converting midsole geometry (brep) into point cloud complemented with a point cloud based on the position
of the sensors and the remapped values of maximum pressure into integer numbers. Voronoi 3D component
cell structure is generated by the overlapping point clouds. Based on the incorporation of an external algorithm,
it was possible to obtain an open cell mesh structure. The digital manufacturing of the geometry was tested
through three-dimensional printing similar to the Fused Deposition Modeling (FDM) process in rigid lactic acid
(PLA) and flexible thermoplastic polyurethane (TPU). It was observed in the model printed on flexible material
that the increase in the density of cells in the regions of greater pressure contributes to the increase in local
stiffness, which may imply the individualization of the functional requirements of footwear. Nine customization
possibilities are presented by changing three different variables, related to the density of points of the base
geometry and the conversion of pressure values. The third variable was the thickness of the final structure as a
function of the volume scale and faces of the three-dimensional cells generated by the 3D Voronoi. It is
concluded that the import of real data from biomechanical testing for parametric modeling in Grasshopper®
could contribute to the design of shoes individualized by the aesthetic and functional requirements of each
consumer.
KEYWORDS
Footwear midsole;
Data-driven algorirthm;
Biomechanics;
Digital manufacturing
Exploração do design de entressola por algoritmo baseado
em dado biomecânico e Voronoi 3D para fabricação digital.
Este estudo propôs a criação de um algoritmo para elaboração de uma entressola customizada por parâmetros
funcionais e sistemas generativos, com produção através da fabricação digital. Os recursos computacionais
utilizados são o programa Rhinoceros® e a extensão Grasshopper®. As primitivas são dados em formato “.asc”
de ensaio de distribuição de pressão plantar, posição de sensores da palmilha (.jpeg) geometria 3D de
entressola parametrizada a partir do contorno de uma palmilha comum. O algoritmo desenvolvido opera pela
conversão de geometria de entressola (brep) em nuvem de pontos complementado com nuvem de pontos
derivada da posição dos sensores e valores re-mapeados de pressão máxima. Pela sobreposição das nuvens de
pontos é gerada estrutura celular do componente Voronoi 3D. Com base na incorporação de algoritmo externo
foi possível obter uma estrutura de malha de células abertas. Foi testada a fabricação digital da geometria
através da impressão tridimensional similar ao processo Fused Deposition Modeling (FDM) em poliácido láctico
(PLA) rígido e poliuretano termoplástico (TPU) flexível. Foi observado no modelo impresso em material flexível
que o aumento da densidade de células nas regiões de maior pressão contribui para o aumento rigidez local,
podendo implicar na individualização dos requisitos funcionais do calçado. É apresentado nove possibilidades
de customização pela alteração de três variáveis distintas, relativas à densidade de pontos da geometria base,
e da conversão de valores de pressão; e espessura da estrutura final em função da escala de volume e faces
das células tridimensionais geradas pelo voronoi 3D. Conclui-se que a importação de dados reais de ensaio
biomecânico para modelagem paramétrica no Grasshopper® contribui para o projeto de calçados
individualizado pelos requisitos estéticos e funcionais de cada consumidor.
PALAVRAS-CHAVE
Design de Entressola;
Algorítimo via dados;
Biomecânica;
Fabricação digital