威爾士工程師使用3D打印來定制輕量級輪椅頭
魔猴君 行業(yè)資訊 1691天前
近日，來自斯旺西大學(xué)，卡迪夫城市大學(xué)和莫里斯頓醫(yī)院的一組研究人員提出了一種3D打印為輪椅使用者提供高度可定制的輕量級頭部支架的方法。工程師在機械強度測試中將他們的設(shè)計與常見的商用頭枕進行了對比，結(jié)果表明AM對個性化配件的實用性。
3D打印尼龍頭支架。圖片來自斯旺西大學(xué)。
3D打印頭支架
大多數(shù)輪椅使用者看到大多數(shù)現(xiàn)成的靠背坐墊和頭枕都能滿足他們的座位需求。但是，對于一小部分，可能需要更多定制的選項。具有更獨特解剖結(jié)構(gòu)的人將需要高度自定義的輪廓，以提供舒適性和可用性。對于頭枕，需要適合頸部彎曲的姿勢性頭部支撐，以防止過度伸展，肌肉僵硬和疲勞。
考慮到這一點，威爾士研究人員3D掃描了一名志愿者的頭部，并制作了一個模板STL，以將其工作作為基礎(chǔ)。Autodesk Fusion 360用于對頭部支撐建模，該頭部支撐可在避免耳朵接觸的同時提供左側(cè)的側(cè)向支撐。在模型中切了一些孔，以使支撐件可以與英國標準輪椅支架連接。研究人員使用Markforged Mark Two 3D打印機制作了三個相同的尼龍頭支架，并為它們安裝了球形接頭。
強度測試定制設(shè)計
3D打印的尼龍部件通過兩種方式針對市售的G型（已知強度特性）頭枕進行了測試。第一個鋸將后向力施加到3D打印頭支架的內(nèi)部后表面，第二個鋸將后向力施加到左側(cè)橫向支撐臂（靠近耳朵）的內(nèi)表面。研究人員每0.5秒鐘記錄一次加載墊的力和位移。
G型頭部支撐（頂部），后向力測試（左），側(cè)向力測試（右）。斯旺西大學(xué)的照片。
后向力測試中斷裂前達到的最大力為3188N，最大位移為71.7mm。在檢查損壞后，得出的結(jié)論是，失效點在球形接頭的鋁制桿中，而不是在3D打印的頭部支架中。尼龍AM零件沒有永久的塑性變形，也沒有可見的裂紋，這意味著UK標準的支架將在3D打印的頭部支撐之前散發(fā)出去。
后驗力測試。斯旺西大學(xué)的照片。
在側(cè)向力測試期間，研究人員設(shè)法以93N的力將3D打印支架的左臂移動到最大143.7mm。那時，試驗臺已處于最大位移位置，不再影響頭部支撐。停止測試，頭枕恢復(fù)到原始輪廓，沒有可見的永久性塑性變形。結(jié)果證明，通過使用3D掃描，一些巧妙的CAD建模和3D打印機，研究人員能夠生產(chǎn)出輕巧的定制輪椅配件，其機械強度和延展性可與現(xiàn)有的現(xiàn)成頭枕媲美。
橫向力測試。斯旺西大學(xué)的照片。
可以在標題為“評估定制頭枕生產(chǎn)的增材制造：在靜態(tài)負載條件下與商用頭枕的比較”的論文中找到該研究的更多詳細信息。它由喬納森·霍華德（Jonathan Howard），多米尼克·埃格比爾（Dominic Eggbeer），彼得·多靈頓（Peter Dorrington），費拉斯·科基斯（Feras Korkees）和洛娜·塔斯克（Lorna Tasker）合著。
這項研究中的頭部支撐是3D打印強度的一個典型例子，它是一種經(jīng)濟高效的方法來滿足個人的就座需求。今年早些時候，以高性能跑車聞名的保時捷在開發(fā)新的3D打印個性化桶形座椅方面也有了類似的想法。斗式座椅最初僅限于40個用于歐洲賽道的原型。在其他地方，三重八賽車工程公司正在使用HP MJF 3D打印技術(shù)來生產(chǎn)用于賽車的定制方向盤。車輪根據(jù)駕駛員的手來設(shè)計，重量輕且生產(chǎn)成本低。
