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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   1624天前

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近日,來自斯旺西大學,卡迪夫城市大學和莫里斯頓醫(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。

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。

來源:中國3D打印網(wǎng)

   
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