近日，來(lái)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計與常見(jiàn)的商用頭枕進(jìn)行了對比，結果表明AM對個(gè)性化配件的實(shí)用性。

3D打印尼龍頭支架。圖片來(lái)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(mǎn)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。具有更獨特解剖結構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(guò)度伸展，肌肉僵硬和疲勞。

考慮到這一點(diǎn)，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(gè)模板STL，以將其工作作為基礎。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(shí)提供左側的側向支撐。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(gè)相同的尼龍頭支架，并為它們安裝了球形接頭。

強度測試定制設計

3D打印的尼龍部件通過(guò)兩種方式針對市售的G型（已知強度特性）頭枕進(jìn)行了測試。第一個(gè)鋸將后向力施加到3D打印頭支架的內部后表面，第二個(gè)鋸將后向力施加到左側橫向支撐臂（靠近耳朵）的內表面。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，得出的結論是，失效點(diǎn)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(méi)有永久的塑性變形，也沒(méi)有可見(jiàn)的裂紋，這意味著(zhù)UK標準的支架將在3D打印的頭部支撐之前散發(fā)(fā)出去。

后驗力測試。斯旺西大學(xué)的照片。

在側向力測試期間，研究人員設法以93N的力將3D打印支架的左臂移動(dòng)到最大143.7mm。那時(shí)，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(méi)有可見(jiàn)的永久性塑性變形。結果證明，通過(guò)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)(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)(chǎn)的增材制造：在靜態(tài)(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(zhù)。

這項研究中的頭部支撐是3D打印強度的一個(gè)典型例子，它是一種經(jīng)(jīng)濟高效的方法來(lái)滿(mǎn)足個(gè)人的就座需求。今年早些時(shí)候，以高性能跑車(chē)聞名的保時(shí)捷在開(kāi)發(fā)(fā)新的3D打印個(gè)性化桶形座椅方面也有了類(lèi)似的想法。斗式座椅最初僅限于40個(gè)用于歐洲賽道的原型。在其他地方，三重八賽車(chē)工程公司正在使用HP MJF 3D打印技術(shù)來(lái)生產(chǎn)(chǎn)用于賽車(chē)的定制方向盤(pán)。車(chē)輪根據(jù)駕駛員的手來(lái)設計，重量輕且生產(chǎn)(chǎn)成本低。

來(lái)源：中國3D打印網(wǎng)(wǎng)