3D копии рук: Доступ ограничен: проблема с IP

Закажите наш подарочный сертификат!

Сертификат на создание 3д копии – это уникальный вариант 3 в 1! Новый интересный опыт, много положительных эмоций и, конечно, прекрасная 3д фигурка. Такой подарок точно не оставит никого равнодушным! Ведь иметь в своем портфолио не только фотографии, но и уменьшенную 3D копию себя просто здорово! Это отличный сюрприз любимому человеку, другу, начальнику!

Заказать подарочный сертификат

3D-копия автомобильного ключа своими руками

Этот мастер-класс больше можно назвать экспериментом, который пригодился в экстренной ситуации. Времени на ожидание заказа по изготовлению сломавшегося автомобильного ключа не было, а потому было принято решение сделать его в 3D-принтере. Самодельную копию ключа использовать в итоге удалось, но он не был предназначен для постоянного применения за счет хрупкого исходного материала.

Материалы

Для изготовления 3D-копии автомобильного ключа своими руками, вам следует подготовить:

• автомобильный ключ;
• штангенциркуль;
• смартфон;
• 3D-принтер;
• компьютерную программу Fusion 360 для создания объемных моделей.

Шаг 1. Для начала автомобильный ключ вам нужно сфотографировать. Фото ключа должно быть в нескольких ракурсах. Особенное внимание уделите фотографии в профиль. Изображение должно получиться у вас максимально плоским. Так вам удастся с большей точностью воссоздать копию ключа.

Шаг 2. Измерьте штангенциркулем точные данные размеров ключа. При помощи инструментов в программе Fusion 360 масштабируйте изображение. Создайте в программе эскиз ключа в виде прямоугольника, ширина его сторон при этом должна соответствовать самому широкому месту в нем. При желании, можете сразу добавить к данному изображению и головку ключа.

Шаг 3. К полученному изображению необходимо добавить боковые канавки. Измерения их должны быть точными и прописать их нужно в эскизе 2D. Инструментами выдавите в объемном изображении глубину канавок, но пока их не вырезайте.

Поскольку данный автомобильный ключ имел пазы с двух сторон, тело, которое только что было создано, нужно было скопировать и повернуть по центральной кнопке, чтобы получить такие же и в верхней и в нижней части ключа.

Теперь, объединив изображение, канавки на ключе можно вырезать. Для прочности на конце ключа стоит добавить фаски.

Шаг 4. Теперь на полученное изображение необходимо перенести открывающий профиль ключа. После переноса все лишнее инструментами программы выдавите.

Шаг 5. Перепроверьте полученную модель еще раз. Скорректируйте при необходимости и после сохраните смоделированный объект как STL.

Шаг 6. Теперь созданную объемную копию ключа следует распечатать на 3D-принтере. В качестве исходного материала для распечатки возьмите полипропилен. Это, конечно, не металл, но он немного прочнее обычного пластика для принтеров.

Шаг 7. Полученный ключ вы еще раз можете сверить с оригиналом, и если все в точности совпадает, испытать его в действии. Обратите внимание, материал, из которого изготовлена копия ключа, все же хрупок и не сравнится с металлом. Вставляя ключ в замок зажигания делайте это медленно и поворачивайте его постепенно, немного раскачивая из стороны в сторону. Если ключ был смоделирован вам в точности – машина заведется. Если нет, нужно будет переделать его, чтобы профиль замка открылся.

Будьте аккуратнее с копией ключа, при слишком резком обращении может случиться вот такой казус, как на фото. Избежать подобного можно будет, только если принтеры будут распечатывать модели, используя в качестве исходных материалов металл.

3.9 / 5 ( 77 голосов )

Мастер модель своими руками для снятия силиконовой формы для отливки гипсом

Что такое мастер-модель

Мастер-моделью называют образцовую деталь или изделие, которая используется для последующего ее копирования.

Например, вы решили украсить дом десятью фигурками. Можно десять раз вырезать их из дерева или слепить из пластилина, но, во-первых, это долго, во-вторых, крайне сложно сделать десять одинаковых фигурок. Гораздо проще сделать одну и затем скопировать ее.

Вот эта первая, «идеальная» фигурка и называется мастер-моделью. 

Варианты использования мастер модели в гипсовой отрасли

Гипс простой в обработке, удобный и распространенный материал, замены которому пока не существует.

Он используется в строительстве, ювелирной и керамической отраслях, архитектуре, скульптуре и медицине..

Понадобятся мастер-модели для создания украшений, купажа, при производстве керамики или предметов интерьера: ваз, подставок. Скульптур и даже лепного декора.

Разумеется, для разных нужд нужны разные мастер-модели и специальный гипс. Для стоматологии используется медицинский гипс (https://samaragips.ru/catalog/meditcinskii-gips/), и мастер-модель должна быть идеальна.

Совсем другого отношения требует гипс строительный(https://samaragips.ru/catalog/stroitelnyi-gips/). Хотя даже для создания украшений для дома, например, нескольких декоративных фигурок следует уделить много внимания мастер-модели.

Мастер модель своими руками

Существует много различных вариантов материала для мастер-модели, если вы намерены сделать ее самостоятельно.

Самые распространенные: пластилин или воск, глина, дерево или металл.

Мастер-модели из пластилина, воска и глины часто выбирают для «домашнего» производства. Материалы податливые и легко поддаются дополнительной обработке, то есть если у вас сразу не вышла эталонная модель, вы можете ее доработать.

Тем не менее именно это свойство многие мастера считают также и недостатком материалов: материал податлив и любая дополнительная обработка или неосторожность может испортить модель.

При работе с такими материалами используются наборы для ручной работы: напильники, лобзики, бормашины.

После завершения работы, пластилин и некоторые виды глины оставляют на несколько дней для затвердевания. Глина в основном обжигается в керамической печи (в домашних условиях иногда используются духовые плиты). И для пластилина, и для глины, и для воска нужно учитывать усадку материала после затвердевания или обжига. 

С деревом работать немного сложнее. Для сложных или массивных форм нередко нужно использовать станки или создавать модель из нескольких частей при помощи инструментов, склеивая их между собой, обязательно подбирая клей и учитывая его особенности. Финальная обработка поверхности перед заливкой формы с одной стороны проще благодаря прочности материала, с другой – дольше по времени.

Металл особенно в домашних условиях требует обязательного использования специальных инструментов, нужен прокат материала, обработка на станке, отлив. Однако многие специалисты предпочитают работать именно с металлом из-за прочности изделий и минимальной внешней обработки.

Мастер модель на 3д принтере

Из-за высоких требований к мастер-модели многие мастера, даже если речь идет об изделиях «для себя», прибегают к современным технологиям и печатают «эталон» на 3D принтерах или создают при помощи фрезерных станков с ЧПУ (числовое программное управление).

В обоих случаях перед работой понадобится 3D-модель изделия, то есть нужно или найти подходящую форму, или создать ее самому, или заказать у специалистов. Разумеется, такой способ дороже описанных выше.

Работа с 3D принтерами становится все популярнее благодаря скорости, простоте и высокой точности моделей, не требующих последующей обработки поверхности.

Для 3D печати используются воск, пластик, полимеры (гипсополимер, фотополимерная смола) или металлы. Выбор материала важен и зависит от ваших целей.

Например, воск или гипсополимер достаточно хрупкие, но позволяют делать очень точные модели. Эти материалы подходят для изготовления предметов искусства, маленьких фигурок, архитектурных элементов.

Пластик или фотополимерная смола прочнее, можно создавать более крупные модели, обычно используются для изготовления сувениров или прототипов каких-нибудь деталей, чтобы проверить их гибкость/прочность.

К металлу же прибегают, когда требуется крайне прочный или сложный по виду образец. Потому металл используется в инженерии или медицинском протезировании.

Почти все компании, занимающиеся 3D печатью, предлагают также и предварительное моделирование или помощь в нем.

Например:

https://www.cubicprints.ru/
https://can-touch.ru/
https://top3dshop.ru/

Мастер модель из готового изделия

Естественно вы можете использовать для литья и уже готовое изделие как в качестве 3D модели, так и для отливки «эталона». То есть для образца берется любая уже готова фигурка, деталь или форма и заливается силиконом. Существуют также специализированные сайты и форумы, где продаются самые разные подходящие изделия, а иногда уже и мастер-модели или даже услуги по их изготовлению.

Например:

https://www.livemaster.ru/
https://freelance.youdo.com/freelancers/frilanseri-3D-modelirovanie/
http://forum.rcdesign.ru/

Реальность напечатанных на 3D-принтере робо-рук

В прошлом месяце Джеку Рейди исполнилось 10 лет. Он спортивный парень — зимой несколько раз в неделю играет в хоккей, а летом играет в бейсбольной команде. Хотя его стиль немного неортодоксален. Когда он делает подачу, после того, как он выпускает мяч, он переключает свою перчатку на бросающую руку. А на катке он прижимает клюшку к телу с левой стороны, а не в руке. Это потому, что Джек родился с частичной левой рукой, с ладонью, но без полностью сформированных пальцев.

Несмотря на это, отец Джека, Джеймс, сказал, что его сын никогда особо не просил протез. «Мы никогда не поднимали этот вопрос, мы просто относились к нему как к любому нормальному ребенку».

Только в прошлом году, когда Джек увидел изображение 3D-печатной руки в журнале Parade , он даже задумался об этом. «Его первой мыслью было держать бейсбольную биту, и это был первый раз, когда Джек проявил интерес к любому типу протезов».

Рейди работали с протезистом по имени Джефф Эренстоун, чтобы помочь разработать специальную хоккейную перчатку, и оказалось, что Эренстоун также был вовлечен в группу добровольцев, которые печатают пластиковые руки.

В конце концов Джека подобрали к волонтеру из Мичигана по имени Брюс Чапут, который предложил напечатать ему руку (модель под названием Raptor). Джеймс помнит, что все это было ему совершенно чуждо. «Он прислал нам фотографию принтера. Это выглядело прикольно; Я думал, что это что-то вроде старости. Очевидно, что это не так».

Чапут и Джек долго обсуждали, каких цветов он хочет, чтобы его рука была. «Мы потратили гораздо больше времени на разговоры о цветах, руке и многом другом, чем на самом деле печатали», — сказал Чапут, смеясь.Джек выбрал оранжевый и черный — цвета старшей школы, где его отец тренирует хоккей.

В день Рождества десантник прибыл в офис Эренстоуна. Но это было не совсем рождественское чудо. Когда Эренстон открыл коробку, он сразу заметил длинную трещину в руке. А когда взял, стало еще хуже. «Он буквально рассыпался у меня в руке», — сказал он.

Недавно было много шумихи вокруг перспектив 3D-печати конечностей. Повсюду, от The New York Times до Popular Science и Today Show, были опубликованы истории о людях во всем мире, печатающих руки.Повествование выглядит так: протезы рук очень дорогие — в недавнем документальном фильме Uproxx о 3D-печатных руках утверждалось, что средний протез на рынке стоит 60 000 долларов, в то время как 3D-печатная версия стоит намного меньше, и ее можно починить и заменить простым нажатием. кнопки на принтере. Добро пожаловать в будущее, в мир, в котором каждый может напечатать себе руку, вырвавшись из цепей долга за протез.

Но это не совсем правдивая история.

В прошлом месяце Американская ассоциация ортопедии и протезирования (AOPA) выпустила заявление, разъясняющее несколько ключевых моментов.Средний протез верхней конечности не стоит от 40 000 до 80 000 долларов, как утверждают многие из этих источников. На самом деле это стоит от 1500 до 8000 долларов. В заявлении AOPA также отмечается, что во многих случаях люди, печатающие руки, действуют нелегально. В 15 штатах предоставление протезов или ортопедических устройств без лицензии является незаконным. Протезисты — это обученные медицинские работники с лицензиями, на которые уходят годы обучения и ученичества. У людей, печатающих это оружие, ничего этого нет, что теоретически может стать опасным.Эти руки и кисти, которые они печатают, не прошли проверку FDA, легко ломаются и никогда не должны использоваться для замены протеза руки.

Конечно, реальность протезов, напечатанных на 3D-принтере, находится где-то посередине между шумихой в СМИ и опасениями протезистов, которых нужно защищать. Протезы, изготовленные на 3D-принтерах, безусловно, могут помочь некоторым людям, особенно детям, которые стесняются своей отсутствующей конечности. Но также важно помнить, что это, по большей части, руки, сделанные из тонких слоев пластика, напечатанные любителями-добровольцами без какой-либо подготовки.

Некоторые организации понимают это. Группа, с которой Эренстон связал Рейди, является одной из них и называется e-NABLE. e-NABLe — это общественная группа, которая объединяет людей с ампутированными конечностями с любителями, у которых есть 3D-принтеры, и является хорошим примером организации, понимающей ограничения своих технологий.

«Мы даже не называем эти вещи протезами», — сказал мне Джон Шулл, соучредитель e-NABLE. Шулл сказал, что они отказывают людям с ампутированными конечностями, которые просят руки для задач, с которыми они не в состоянии справиться.«У нас был человек, который раньше ездил на мотоцикле, и ему нужны были руки, чтобы снова ездить на мотоцикле. У него были большие надежды на то, что это может сделать, что нас не устраивало. Он собирался использовать его для управления тяжелой техникой, которая могла нанести вред себе и другим».

Несмотря на это, Шулл сказал, что отношения группы с протезистами шаткие. «Некоторые из них обеспокоены тем, что мы подрываем их отрасль. Некоторые из них понимают, что мы открываем новый рынок».

Заявление AOPA было сделано из-за недовольства протезистов тем, что некоторые группы 3D-печати продвигали свою работу, используя неточные цифры.Но Том Файс, исполнительный директор AOPA, сказал, что он не пытается отговорить такие группы, как e-NABLE, от выполнения той работы, которую они делают. «Я думаю, что все должны быть тронуты этими историями и светом, который достижения в области технологий привнесли в жизнь семей и детей и все такое. Я не хочу когда-либо уменьшать это». Но он также сказал, что важно также обеспечить безопасность детей. «В целом, это вопрос общественной безопасности».

Возьмем, к примеру, руку Джека. Он был сломан из коробки, и Эренстон провел канун Рождества, торопясь починить его, как мог.«Я склеил все вместе, как только мог. Но я знал, как легко он сломался, и я знал, что это не продлится долго». Когда на следующий день Джек пришел, чтобы установить руку, она снова сломалась. Эренстон смог заставить его работать, но он сломался, когда Джек вернулся домой.

Чапут, доброволец, изготовивший руку, сказал, что это была его первая печать для кого-то (чтобы стать принтером e-NABLE, добровольцы должны распечатать и собрать тестовую руку, но это была его первая рука, которую использовал человек). ).Днём Чапут — инженер-химик, и, как и остальные печатники e-NABLE, он делает всю эту работу бесплатно. Он считает, что две вещи, вероятно, пошли не так при печати, и обе они характерны для того, как работает 3D-печать.

3D-печать можно представить как очень точный пистолет для горячего клея, который наносит тонкие слои горячего пластика. Это означает, что напечатанные фрагменты очень сильны в одних отношениях, но слабы в других. Поэтому, если вы потянете за кусок перпендикулярно направлению, в котором были уложены слои, он может сломаться.Так образовалась самая большая трещина в руке Джека. Другие, более мелкие трещины, вероятно, возникли из-за другой распространенной проблемы 3D-печати: температуры.

— Ты всегда борешься с температурой, — сказал Чапут. «Когда вы экструдируете, вы хотите, чтобы он вышел мягким, он должен выйти из сопла и склеиться, но затем вы хотите, чтобы он быстро затвердел. Это мягкая, но жесткая концепция, с которой вы всегда боретесь». Чапут сказал, что, по его мнению, рука Джека была сделана слишком холодной, что привело к образованию трещин.

Для Чапута все это было обучающим опытом. «Каждый раз, когда вы делаете что-то одно, оно получается лучше. И в том-то и дело, что вся эта рука из пластика стоила всего восемь баксов, так что сделать еще больше — не проблема».

Когда я спросил его, не беспокоит ли он, что отправит ребенку для использования что-то, что может сломаться, что ребенок может пораниться, он ответил, что беспокоится. «Вот почему мне нравится видеть там Джеффа [Эренстоуна]. Отправить его совершенно случайному человеку, о котором вы не знаете, что он собирается с ним делать, особенно когда у него есть очень маленький ребенок — это тревожная мысль.

Но многие волонтеры e-NABLE именно так и поступают — отправляют распечатанную руку тому, кто ее попросил. В подавляющем большинстве случаев это нормально. Поскольку большинство детей не используют их для занятий спортом или интенсивной деятельности, они вряд ли навредят себе. И e-NABLE старается объяснить получателям, на что способны руки. Но не всем нравится e-NABLE. Есть и другие группы и компании, рекламирующие 3D-печать как полноценную замену руки. И вот тут Эренстон и Фрайс начинают беспокоиться.«3D-печать не нарушает физику, — сказал Эренстон. Пластик может выдержать только так много.

В истории Джека есть интересный код, который указывает на будущее 3D-печатных протезов. После того, как его первая рука Раптора вышла из коробки сломанной, Эренстон решил, что сделает для него что-нибудь еще. Что-то лучше. Поэтому он объединился со Стивом Вудом, инженером из Великобритании, который стал участником сообщества e-NABLE и чьи разработки Эренстоун не раз называл мне «блестящими».В 2013 году Вуд наткнулся на материал под названием Filaflex — более гибкий материал, чем обычный жесткий пластик. Он начал играть с ним. «Я создал шарнир между двумя жесткими частями, и он превратился в палец, потому что палец состоит из трех шарниров, а затем палец превратился в руку, потому что мне нужно было что-то, чтобы соединить палец». В конце концов у него появилось то, что он назвал «Flexy-Hand».

Именно это Эренстон хотел подарить Джеку, поэтому он отправил сканы руки Джека Вуду и спросил, может ли он сделать ему такой.Вуд не только сделал для него Flexy-Hand, но и распечатал копию руки Джека, чтобы протестировать устройство. Он отправил обоих в Эренстон, и в январе семья Рейди собралась в офисе Эренстона, с Вудом в видеочате, чтобы проверить руку.

[ВСТАВИТЬ» https://www.youtube.com/watch?v=9EocIKpdPyw]

Через несколько минут Джек уже собирал бутылки, хватал банки и даже писал свое имя левой рукой — кое-что, что у него было никогда не делалось раньше. «Подумай, какая ловкость нужна, чтобы написать свое имя.Он никогда раньше не делал этого левой рукой, потому что это было невозможно, — сказал Эренстон. Вуд никогда не видел, чтобы кто-то впервые надел одно из его устройств. «Он взялся за это, как рыба в воду», — сказал Вуд.

Но Flexy-Hand не совсем то, что может сделать средний волонтер e-NABLE. Вуд — инженер по образованию с многолетним опытом создания и проектирования механических устройств с использованием специального программного обеспечения для проектирования под названием CAD. «Я уверен, что у меня огромное преимущество в понимании САПР и 28-летнем инженерном опыте за плечами.Это должно что-то значить». И Филафлекс не так прост в печати, и он не так дешев, как стандартный пластик. Не все 3D-принтеры могут обрабатывать этот материал, и он может быть привередливым.

Эренстоун сказал, что, учитывая все то, что он помог Джеку установить устройство, Flexy-Hand, вероятно, стоит 2000 долларов. По сравнению со стандартной 3D-печатной рукой это много. Но по сравнению с рукой из углеродного волокна, которая может стоить около 8000 долларов, это не так. И Эренстон сказал, что это был первый напечатанный на 3D-принтере протез, который он готов надеть на пациента как настоящий протез.

Но именно здесь, вероятно, лежит многообещающее будущее 3D-печатных рук. Не в 30-долларовой версии, напечатанной добровольцами, а в этой золотой середине, где инженеры и протезисты работают вместе, чтобы сделать что-то немного дешевле, чем обычное профессионально изготовленное устройство.

Вуд сказал, что не может сделать руку без помощи Эренстоуна. «Я могу делать индивидуальные модели на заказ в течение всего дня, но у меня нет медицинского образования и у меня нет квалификации для протезирования.Я думаю, что это становится хорошим партнерством между мной и Джеффом».

У Джека дома Flexy-Hand уже около двух месяцев. Джеймс сказал, что сначала не решался использовать его, так как не хотел сломать его, как предыдущую руку Раптора, но в последние несколько дней Джек стал носить его чаще. Но даже причудливая новая рука не работает во многих ситуациях. В четверг он впервые попробовал свои силы на хоккейной тренировке. Он не совсем подходил к перчатке, поэтому он не мог его использовать.Он также пробовал стрелять в обручи с руки, и у него это довольно быстро получилось. «С Джеком могло быть иначе, если бы он потерял руку после рождения», — сказал Джеймс. «Я думаю, что он так привык быть без, особенно со спортом».

Несмотря на все эти споры, Джеймс не решается критиковать процесс e-NABLE. «Я бы не назвал их проблемами, поскольку они только начинаются», — сказал он. «Это отличная вещь, но она не на 100% функциональна для всего, что вы делаете в жизни. Я не хочу стучать, это было здорово.

Вот что Шулл думает о 3D-печатных руках: «Сегодня я говорю, что эти устройства выгодно отличаются, особенно среди детей, от коммерческих протезов, которые стоят тысячи или десятки тысяч долларов. Их выгодно сравнивают. Но 9-летний ребенок очень выгодно сравнит арахисовое масло с икрой. И действительно, арахисовое масло, вероятно, лучше подходит для этого ребенка, но это не одно и то же».

Raphael Roberts » Формы для 3D печати силиконовых рук

В этом посте подробно рассказывается о конструкции рук марионеток с покадровой анимацией, которые отлиты из силикона по форме, напечатанной на 3D-принтере.С помощью форм для 3D-печати я надеюсь, что смогу перепечатать одни и те же «базовые» руки разных размеров для разных персонажей фильма. 3D-печать также обеспечивает большую точность, чем традиционный рабочий процесс лепки из глины. Я могу использовать ту же 3D-сетку и настроить ее соответствующим образом (например, добавить морщины для старых персонажей)

Я сделал фотографию своей руки, чтобы использовать ее в качестве эталона, и установил ее в качестве фонового изображения в блендере, а затем набросал форму руки в виде трехмерной геометрии:

Блокирование сетки рук в Blender 3D

После некоторых дополнительных доработок у меня осталась низкополигональная модель, которая захватила то количество деталей, которого я хотел достичь.(Используя режим скульптинга Blender, детали руки могут быть усовершенствованы на этом этапе)

Готовая ручная сетка готова к превращению в форму из двух частей

Виртуальная пресс-форма из двух частей

Затем я добавил в сцену два кубических меша и с интенсивным использованием модификатора Boolean я создал форму из двух частей с ключами для блокировки половинок формы при литье:

Я также отпечатал на обратной стороне каждой половинки формы текст для облегчения распознавания:

Форма очень хорошо напечатана на моем 3D-принтере Zortrax:

Окончательный оттиск двухкомпонентной формы

Я очистил несколько линий печати, нанеся ацетон прямо на печать в серии «аппликаций».Это включало нанесение слоя поверх отпечатка, накрытие его в небольшом корпусе до высыхания и повторение 3-4 раза.

Затем я отлил детали из силикона (используя описанный здесь процесс)

Пигментированный силикон и арматура в форме

На фото выше видно, что провода не сидят посередине каждого пальца. В будущих слепках я планирую поставить на кончики пальцев маленькие твердые «бусинки» из глины, высушенной в печи, чтобы проволока оставалась в середине пальцев.

Я покрасил 20 мл силикона 8 каплями игровой воздушной краски Vallejo «земля».

Я планирую использовать эту же краску для аэрографии напечатанной на 3D-принтере головы персонажа, которому принадлежат эти руки. Подбор цвета лица и рук потребует некоторых экспериментов.

А внизу руки. В процессе литья остаются видимые линии шва в месте соединения половинок формы. Их можно аккуратно очистить с помощью вращающегося инструмента Dremel (используя насадку «шлифовальный камень»).Стрелки выходят из формы очень блестящими, а тонкий слой детской присыпки (тальк/кукурузный крахмал) помогает уменьшить глянец.

Окончательные силиконовые кисти (ладони)

Окончательные силиконовые кисти (дорсальные)

Применение 3D-печати для протезирования — новый стек

3D-печать применяется по-разному, но, возможно, ни один из них не является более достойным, чем проект Victoria Hand.Он предоставляет недорогие протезы людям в таких странах, как Камбоджа, где наземные мины вызвали ужасную потребность.

Компания Victoria Hand Project, являющаяся частью процветающей стартап-сцены Британской Колумбии, выиграла конкурс Google.org Impact Challenge 2017 года в Канаде и получила финансирование для предоставления 300 рабочих рук в семи странах.

Действующие клиники в Непале, Камбодже, Гватемале, Эквадоре и на Гаити. По словам Майкла Пейрона, главного операционного директора, благодаря финансированию проект добавил клинику в Египте, вероятно, осенью добавит еще одну в Уганде, а также планирует открыть клинику в Индии.

Вместо того, чтобы создавать производственные мощности, компания открывает клиники, предоставляет 3D-принтеры и обучает местных жителей самостоятельно изготавливать руки — как использовать принтеры, как собирать руки и как использовать все программное обеспечение.

Если деталь сломается, можно быстро и дешево напечатать замену.

Общая стоимость руки составляет 320 долларов США, включая оплату врача и техника, которые изготавливают для пациента индивидуальную гильзу предплечья, и 80 долларов США на материалы.Напротив, предоставление пациенту только крючка стоит от 2000 до 5000 долларов за материалы в Северной Америке, сказал он, а плечо из углеродного волокна с локтем будет стоить около 10 000 долларов.

Низкая стоимость

Проект вырос из отдела биомедицинской инженерии Университета Виктории, где и находится до сих пор. Студенты, такие как Николас Утай, работали над новейшей конструкцией VC200.

Профессор Университета Виктории Николай Дечев придумал оригинальный дизайн еще в 90-х годах, будучи студентом магистратуры Университета Торонто.Однако в нем использовались металлические пальцы, и он стоил 10 000 долларов.

Эта конструкция полностью механическая, в ней не используются моторы или датчики, что увеличивает стоимость. Он использует плечевой ремень; сгорбившись, пользователь может потянуть за кабель и закрыть руку. Пальцы двигаются вместе, но из-за адаптивного захвата они полунезависимы.

Рука позволяет людям выполнять различные задачи, сказал Пейрон. Например, с помощью фиксирующего механизма на пальцах человек может нести сумку.Его можно использовать для броска мяча — с практикой, сказал он, хотя ловить его легче.

https://www.facebook.com/ajplusenglish/videos/

Проект не написал никакого собственного программного обеспечения, сказал Пейрон, найдя существующие программы, которые хорошо работают для его нужд.

«Когда проект стартовал три года назад, было проведено много исследований, чтобы найти программное обеспечение, которое выполняло бы необходимые нам операции, — сказал Пейроне.

«Много времени было потрачено на то, чтобы найти способ создать индивидуальное гнездо для предплечья.Наличие пользовательского сокета, который подходит пользователю, является одной из наиболее важных частей всей системы. Даже создание протеза руки, похожего на человеческую, занимает много времени».

Он использует программное обеспечение SolidWorks для автоматизированного проектирования (САПР) для моделирования каждого компонента. Он использовался для изменения металлической руки Дечева для 3D-печати и используется для создания индивидуальных моделей суставов предплечья на основе уравнений для каждого пациента.

«SolidWorks отлично подходит для моделирования компонентов машин или автомобилей, но моделирование органических форм затруднено.Затем, взяв эту органическую форму и сделав ее управляемой уравнениями, она становится намного более сложной. Рука также должна быть смоделирована для органической формы», — сказал Пейрон.

В разных странах используется AgiSoft PhotoScan и/или Scan Studio. Они используют фотограмметрию для создания точных моделей остаточной конечности пользователя. Он сделает 80 фотографий остатка конечности и за 30 минут создаст компьютерную модель конечности. Этот процесс намного дешевле, чем лазерное сканирование.

Scan Studio, используемый лазерным сканером Next Engine 3D, работает хорошо и требует меньше усилий для сканирования, но слишком дорог для установки в каждой клинике.

MeshMixer используется для создания пользовательского гнезда предплечья из данных сканирования. Тестируются различные размеры — длина, окружность — гильз, чтобы определить, какая из них лучше всего подходит для конечности пользователя и будет наиболее удобной.

Модели из SolidWorks загружаются в программу 3D-печати Cura для печати на 3D-принтерах Ultimaker. Cura позволяет пользователю устанавливать все параметры, такие как плотность заполнения, толщина стенки, скорость печати и макет печати.

Индивидуальная гильза и протез напечатаны из биопластика, называемого PLA или полимолочной кислотой.Он черный, но члены команды обнаружили, что люди в разных странах очень обеспокоены эстетикой руки, и многим не нравится черный цвет, поэтому руки окрашиваются в оттенок, который больше нравится пациентам.

Все, кроме болтов и кабеля, печатается на 3D-принтере, а затем собирается техническими специалистами. Печать сокета может занять от восьми до десяти часов; другие компоненты могут занять 20 часов. Клиники обычно могут делать около двух рук в неделю.

Проект сотрудничает с такими организациями, как Range of Motion Project в Гватемале и Эквадоре, а также с ортопедической больницей Непала.По словам Пейроне, денег Google (250 000 долларов) должно хватить на три года, но затем потребуются дополнительные средства.

Дизайн протеза руки, напечатанного на 3D-принтере, с шарнирными биоподобными пальцами

Принадлежности Расширять

принадлежность

• ¹ Кафедра биомеханики, Факультет механики, морского судоходства и материаловедения, Делфтский технологический университет, Делфт, Нидерланды.

Элемент в буфере обмена

Хуан Себастьян Куэльяр и др. Proc Inst Mech Eng H. 2021 март.

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

принадлежность

• ¹ Кафедра биомеханики, Факультет механики, морского судоходства и материаловедения, Делфтский технологический университет, Делфт, Нидерланды.

Элемент в буфере обмена

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Различные протезы верхних конечностей были разработаны для 3D-печати, но лишь немногие из них основаны на биологических принципах проектирования, и многие анатомические детали обычно не включаются, хотя 3D-печать предлагает преимущества, облегчающие применение таких принципов проектирования.Поэтому мы стремились применить биологический подход к проектированию и изготовлению шарнирных пальцев для нового типа 3D-печатного протеза руки, который приводится в действие телом и соответствует основным требованиям пользователя. Сначала мы изучили биологическую структуру человеческих пальцев и механизмы управления их движением, чтобы разработать систему передачи и активации. Был установлен ряд принципов работы, и были сделаны различные упрощения для изготовления протеза руки с использованием 3D-принтера для моделирования методом наплавления (FDM) с экструзией двойного материала.Затем мы оценили механические характеристики протеза, измерив его способность оказывать защемляющее усилие и энергию, рассеиваемую во время каждого рабочего цикла. Мы изготовили наши прототипы с использованием трех полимерных материалов, включая PLA, TPU и нейлон. Общий вес протеза составил 92 г при общей стоимости материала 12 долларов США. Энергия, рассеиваемая во время каждого цикла, составляла 0,380 Нм при силе защемления ≈16 Н, соответствующей входной силе 100 Н. Рука приводится в действие обычным тянущим тросом, используемым в протезах ВР.Он соединен с плечевым ремнем на одном конце и с муфтой механизма свистка на другом конце. Механизм свистящего дерева распределяет усилие на четыре сухожилия, которые одновременно сгибают все пальцы при натяжении. Дизайн, описанный в этой рукописи, демонстрирует несколько биологических особенностей дизайна и способен выполнять различные модели захвата благодаря адаптивному захвату, обеспечиваемому шарнирными пальцами. Полученная сила защемления превосходит другие полностью напечатанные на 3D-принтере протезы руки, но все же ниже, чем у обычных протезов руки с приводом от тела.Мы представляем напечатанный на 3D-принтере биостимулированный протез руки, который приводится в движение телом и обладает всеми следующими характеристиками: адаптивный захват, шарнирные пальцы и минимальная сборка после печати. Кроме того, низкая стоимость и малый вес делают этот протез руки достойным вариантом в основном в местах, где отсутствуют современные протезные мастерские.

Ключевые слова: 3D-печать; био-дизайн; биомедицинские устройства; протезы рук; механический дизайн.

Похожие статьи

• Десять рекомендаций по проектированию неразборных механизмов: случай протезов рук, напечатанных на 3D-принтере.

  Куэльяр Дж.С., Смит Г., Задпур А.А., Бридвельд П. Куэльяр Дж. С. и др. Proc Inst Mech Eng H. 2018 Sep; 232 (9): 962-971. дои: 10.1177/0954411918794734. Epub 2018 16 августа. Proc Inst Mech Eng H. 2018.PMID: 30114955 Бесплатная статья ЧВК.

• Функциональная оценка протеза руки, напечатанного на 3D-принтере без сборки.

  Куэльяр Дж.С., Смит Г., Бридвельд П., Задпур А.А., Плеттенбург Д. Куэльяр Дж. С. и др. Proc Inst Mech Eng H. 2019 Nov; 233 (11): 1122-1131. дои: 10.1177/0954411919874523. Epub 2019 6 сентября. Proc Inst Mech Eng H. 2019. PMID: 31597553 Бесплатная статья ЧВК.

• Проектирование и анализ гибких соединений для прочного протеза руки, напечатанного на 3D-принтере.

  Алхатиб Ф., Махди Э., Кабибихан Дж.Дж. Алхатиб Ф. и др. IEEE Int Conf Rehabil Robot. 2019 июнь; 2019: 784-789. doi: 10.1109/ICORR.2019.8779372. IEEE Int Conf Rehabil Robot. 2019. PMID: 31374726

• Протезы верхних конечностей, напечатанные на 3D-принтере: обзор.

  Тен Кейт Дж., Смит Г., Бридвельд П. Тен Кейт Дж. и др. Инвалид Rehabil Assist Technol. 2017 апр;12(3):300-314. дои: 10.1080/17483107.2016.1253117. Epub 2017 2 февраля. Инвалид Rehabil Assist Technol. 2017. PMID: 28152642 Рассмотрение.

• 3D-печатные протезы верхних конечностей.

  Вуяклия И, Фарина Д. Вуяклия И. и др. Эксперт Rev Med Devices.2018 июль; 15 (7): 505-512. дои: 10.1080/17434440.2018.1494568. Epub 2018 5 июля. Эксперт Rev Med Devices. 2018. PMID: 29949397 Рассмотрение.

Цитируется

• Обзор проводящих углеродных материалов для 3D-печати: материалы, технологии, свойства и приложения.

  Чжэн И, Хуан С, Чен Дж, Ву К, Ван Дж, Чжан С. Чжэн И и др. Материалы (Базель). 2021 13 июля; 14 (14): 3911. дои: 10.3390/ma14143911. Материалы (Базель). 2021. PMID: 34300829 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

термины MeSH

• Печать, Трехмерная

Что такое 3D-печать? Как работает 3D-принтер? Изучите 3D-печать

3D-печать или аддитивное производство — это процесс создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла.

Создание 3D-печатного объекта достигается с помощью аддитивных процессов. В аддитивном процессе объект создается путем укладки последовательных слоев материала до тех пор, пока объект не будет создан. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонко нарезанный поперечный разрез объекта.

3D-печать — это противоположность субтрактивному производству, при котором вырезается / выдалбливается кусок металла или пластика, например, на фрезерном станке.

3D-печать позволяет создавать сложные формы с использованием меньшего количества материала, чем традиционные методы производства.

Наш информационный бюллетень бесплатен, и вы можете отказаться от подписки в любое время.

Как работает 3D-печать?

Все начинается с 3D-модели. Вы можете создать его с нуля или загрузить из 3D-библиотеки.

Программное обеспечение 3D

Доступно множество различных программных инструментов. От промышленного класса до открытого. Мы создали обзор на нашей странице программного обеспечения для 3D.

Мы часто рекомендуем новичкам начать с Tinkercad.Tinkercad бесплатен и работает в вашем браузере, вам не нужно устанавливать его на свой компьютер. Tinkercad предлагает уроки для начинающих и имеет встроенную функцию экспорта вашей модели в виде файла для печати, например .STL или .OBJ.

Теперь, когда у вас есть файл для печати, следующим шагом будет подготовка его для вашего 3D-принтера. Это называется нарезкой.

Нарезка: от файла для печати до 3D-принтера

Нарезка в основном означает нарезку 3D-модели на сотни или тысячи слоев и выполняется с помощью программного обеспечения для нарезки.

Когда ваш файл нарезан, он готов для вашего 3D-принтера. Подача файла на ваш принтер может осуществляться через USB, SD или Wi-Fi. Теперь ваш нарезанный файл готов к 3D-печати слой за слоем .

Промышленность 3D-печати

Внедрение 3D-печати достигло критической массы, поскольку те, кому еще предстоит интегрировать аддитивное производство где-то в свою цепочку поставок, теперь составляют постоянно сокращающееся меньшинство. Если на ранних этапах 3D-печать подходила только для прототипирования и разового производства, то сейчас она быстро превращается в производственную технологию.

Большая часть текущего спроса на 3D-печать носит промышленный характер. Acumen Research and Consulting прогнозирует, что мировой рынок 3D-печати достигнет 41 миллиарда долларов к 2026 году.

По мере своего развития технологии 3D-печати суждено преобразовать почти все основные отрасли и изменить то, как мы живем, работаем и играем в будущем.

Примеры 3D-печати

3D-печать включает в себя множество форм технологий и материалов, поскольку 3D-печать используется практически во всех отраслях, о которых вы только могли подумать.Важно рассматривать его как кластер различных отраслей с множеством различных приложений.

Несколько примеров:

• – товары народного потребления (очки, обувь, дизайн, мебель)
• – промышленные товары (производственные инструменты, прототипы, функциональные детали конечного использования)
• – стоматологические изделия
• – протезы
• – архитектурные масштабные модели и макеты
• – реконструкция окаменелостей
• – воспроизведение древних артефактов
• – реконструкция доказательств в области судебной патологии
• – реквизит для кино

Быстрое прототипирование и быстрое производство

Компании используют 3D-принтеры в процессе проектирования для создания прототипов с конца семидесятых годов.Использование 3D-принтеров для этих целей называется быстрое прототипирование .

Зачем использовать 3D-принтеры для быстрого прототипирования?
Короче говоря, это быстро и относительно дешево. От идеи до 3D-модели и удерживания прототипа в руках — это вопрос дней, а не недель. Итерации проще и дешевле сделать, и вам не нужны дорогие формы или инструменты.

Помимо быстрого прототипирования, 3D-печать также используется для быстрого производства . Быстрое производство — это новый метод производства, при котором предприятия используют 3D-принтеры для мелкосерийного производства по индивидуальному заказу.

История по теме

3D-печать как производственная технология

Автомобилестроение

Производители автомобилей давно используют 3D-печать. Автомобильные компании печатают запасные части, инструменты, приспособления и приспособления, а также детали для конечного использования. 3D-печать позволила производить продукцию по требованию, что привело к снижению складских запасов и сокращению циклов проектирования и производства.

Автолюбители по всему миру используют 3D-печатные детали для восстановления старых автомобилей.Одним из таких примеров является то, что австралийские инженеры напечатали детали, чтобы вернуть к жизни Delage Type-C. При этом им приходилось печатать детали, которые десятилетиями не производились.

История по теме

Как 3D-печать меняет автомобильное производство

Авиация

Авиационная промышленность использует 3D-печать по-разному. Следующий пример знаменует собой важную веху в производстве 3D-печати: GE Aviation напечатала на 3D-принтере 30 000 кобальт-хромовых топливных форсунок для своих авиационных двигателей LEAP.Они достигли этого рубежа в октябре 2018 года, и, учитывая, что они производят 600 штук в неделю на сорока 3D-принтерах, это, вероятно, намного больше, чем сейчас.

Около двадцати отдельных деталей, которые ранее приходилось сваривать вместе, были объединены в один компонент, напечатанный на 3D-принтере, который весит на 25% меньше и в пять раз прочнее. Двигатель LEAP является самым продаваемым двигателем в аэрокосмической отрасли из-за его высокого уровня эффективности, и GE экономит 3 миллиона долларов на самолете за счет 3D-печати топливных форсунок, поэтому эта единственная напечатанная на 3D-принтере деталь приносит финансовую выгоду в сотни миллионов долларов.

также использовались в Boeing 787 Dreamliner, но это не единственная напечатанная на 3D-принтере деталь в 787-м. Конструктивные детали длиной 33 сантиметра, которые крепят кормовой кухонный камбуз к планеру, напечатаны на 3D-принтере компанией под названием Норск Титаниум. Norsk решила специализироваться на титане, потому что он имеет очень высокое отношение прочности к весу и довольно дорог, а это означает, что сокращение отходов, обеспечиваемое 3D-печатью, имеет более значительный финансовый эффект, чем по сравнению с более дешевыми металлами, где затраты на отходы материала легче усваивается.Вместо спекания металлического порошка с помощью лазера, как в большинстве металлических 3D-принтеров, Norsk Merke 4 использует плазменную дугу для плавления металлической проволоки в процессе, называемом быстрым плазменным осаждением (форма направленного энергетического осаждения), который может наносить до 10 кг титана. в час. Для изготовления титановой детали весом 2 кг обычно требуется 30-килограммовый блок титана, что приводит к образованию 28 кг отходов, но для 3D-печати той же детали требуется всего 6 кг титановой проволоки.

История по теме

GE получает сертификат летной годности ВВС США для Metal AM Critical Part

Строительство

Можно ли распечатать здание? – да это так.3D-печатные дома уже коммерчески доступны. Некоторые компании печатают сборные детали, а другие делают это на месте.

История по теме

Здание для получения композитного фасада произвольной формы, напечатанного на 3D-принтере

Большинство историй о печати бетона, которые мы рассматриваем на этом веб-сайте, посвящены крупномасштабным системам печати бетоном с довольно большими соплами для большой скорости потока. Он отлично подходит для укладки слоев бетона довольно быстро и с повторяемостью. Но для действительно сложной бетонной работы, в которой в полной мере используются возможности 3D-печати, требуется что-то более гибкое и с более тонким прикосновением.

История по теме

Производство добавок к бетону становится сложным

Потребительские товары

Когда мы впервые начали вести блог о 3D-печати в 2011 году, 3D-печать не была готова для использования в качестве метода производства в больших объемах. В настоящее время существует множество примеров конечных потребительских товаров, напечатанных на 3D-принтере.

Обувь

Ассортимент Adidas 4D имеет полностью напечатанную на 3D-принтере промежуточную подошву и печатается в больших объемах.Тогда мы написали статью, объясняющую, как изначально Adidas выпускал всего 5000 пар обуви для широкой публики, а к 2018 году намеревался продать 100 000 пар обуви с AM.

Создается впечатление, что в своих последних версиях обуви они превзошли эту цель или находятся на пути к ее превзойдению. Обувь доступна по всему миру в местных магазинах Adidas, а также в различных сторонних интернет-магазинах.

История по теме

Кроссовки, напечатанные на 3D-принтере в 2021 году

Очки

Прогнозируется, что рынок очков, напечатанных на 3D-принтере, достигнет 3 долларов.4 миллиарда к 2028 году. Быстро растущий раздел — это кадры конечного использования. 3D-печать является особенно подходящим методом производства оправ для очков, потому что индивидуальные измерения легко обработать в конечном продукте.

История по теме

Fitz Frames 3D-печать детских очков с помощью приложения

Но знаете ли вы, что линзы также можно печатать на 3D-принтере? Традиционные стеклянные линзы изначально не тонкие и легкие; они вырезаны из гораздо более крупного блока материала, называемого заготовкой, около 80% которого уходит в отходы.Если учесть, сколько людей носят очки и как часто им нужно покупать новую пару, 80% этих цифр — пустая трата времени. Вдобавок ко всему, лаборатории должны хранить огромные запасы заготовок, чтобы удовлетворить индивидуальные потребности своих клиентов в области машинного зрения. Наконец, однако, технология 3D-печати достаточно продвинулась, чтобы производить высококачественные индивидуальные офтальмологические линзы, избавляя от отходов и затрат на складские запасы прошлого. В 3D-принтере Luxexcel VisionEngine используется отверждаемый УФ-излучением акрилатный мономер для печати двух пар линз в час, которые не требуют полировки или какой-либо последующей обработки.Фокусные области также можно полностью настроить так, чтобы определенная область линзы обеспечивала лучшую четкость на расстоянии, а другая область линзы обеспечивала лучшее зрение вблизи.

История по теме

3D-печатные линзы для смарт-очков

Ювелирные изделия

Существует два способа изготовления украшений с помощью 3D-принтера. Вы можете использовать прямой или непрямой производственный процесс. Прямое относится к созданию объекта прямо из 3D-проекта, в то время как непрямое производство означает, что объект (шаблон), напечатанный в 3D, в конечном итоге используется для создания формы для литья по выплавляемым моделям.

Здравоохранение

В наши дни нередко можно увидеть заголовки об имплантатах, напечатанных на 3D-принтере. Часто эти случаи носят экспериментальный характер, из-за чего может показаться, что 3D-печать все еще является второстепенной технологией в сфере медицины и здравоохранения, но это уже не так. За последнее десятилетие компания GE Additive напечатала на 3D-принтере более 100 000 протезов тазобедренного сустава.

Чашка Delta-TT, разработанная доктором Гвидо Граппиоло и LimaCorporate, изготовлена ​​из трабекулярного титана, который характеризуется правильной трехмерной шестиугольной структурой ячеек, имитирующей морфологию трабекулярной кости.Трабекулярная структура повышает биосовместимость титана, стимулируя врастание кости в имплантат. Некоторые из первых имплантатов Delta-TT все еще работают более десяти лет спустя.

Еще один напечатанный на 3D-принтере медицинский компонент, который хорошо справляется с тем, чтобы оставаться незамеченным, — это слуховой аппарат. Почти каждый слуховой аппарат за последние 17 лет был напечатан на 3D-принтере благодаря сотрудничеству компаний Materialise и Phonak. Компания Phonak разработала Rapid Shell Modeling (RSM) в 2001 году. До появления RSM изготовление одного слухового аппарата требовало девяти трудоемких операций, включающих ручную лепку и изготовление слепков, и результаты часто были неудовлетворительными.С RSM техник использует силикон, чтобы сделать слепок ушного канала, этот слепок сканируется в 3D, и после небольшой настройки модель печатается в 3D на полимерном 3D-принтере. Электроника добавляется, а затем отправляется пользователю. Используя этот процесс, сотни тысяч слуховых аппаратов ежегодно печатаются на 3D-принтере.

Стоматология

В стоматологической отрасли мы видим, что формы для прозрачных капп являются, пожалуй, самыми 3D-печатными объектами в мире. В настоящее время формы печатаются на 3D-принтере с использованием процессов 3D-печати на основе смолы и порошка, а также с помощью струйной печати материала.Коронки и зубные протезы уже печатаются на 3D-принтере вместе с хирургическими шаблонами.

История по теме

3 способа 3D-печати революционизируют цифровую стоматологию

Биопечать

В начале двухтысячных годов биотехнологические фирмы и академические круги изучали технологию 3D-печати на предмет возможного использования в приложениях тканевой инженерии, где органы и части тела строятся с использованием струйных технологий. Слои живых клеток осаждаются на гелевой среде и медленно наращиваются, образуя трехмерные структуры.Мы называем эту область исследований термином «биопечать».

История по теме

Промышленное сотрудничество освещает путь к 3D-печатным легким

Еда

Аддитивное производство давно проникло в пищевую промышленность. Такие рестораны, как Food Ink и Melisse, используют это как уникальное преимущество для привлечения клиентов со всего мира.

Образование

Преподаватели и студенты уже давно используют 3D-принтеры в своих классах.3D-печать позволяет учащимся материализовать свои идеи быстрым и доступным способом.

Несмотря на то, что дипломы по аддитивному производству появились относительно недавно, университеты уже давно используют 3D-принтеры в других дисциплинах. Есть много образовательных курсов, которые можно пройти, чтобы заняться 3D-печатью. Университеты предлагают курсы по вещам, связанным с 3D-печатью, таким как САПР и 3D-дизайн, которые на определенном этапе можно применить к 3D-печати.

Что касается прототипирования, многие университетские программы обращаются к принтерам.Есть специализации в аддитивном производстве, которые можно получить, получив степень в области архитектуры или промышленного дизайна. Печатные прототипы также очень распространены в искусстве, анимации и исследованиях моды.

История по теме

3D-печать в образовании

Типы технологий и процессов 3D-печати

Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) разработало набор стандартов, классифицирующих процессы аддитивного производства по 7 категориям.Это:

1. Ванная фотополимеризация
   1. Стереолитография (SLA)
   2. Цифровая обработка света (DLP)
   3. Непрерывное производство жидкостного интерфейса (CLIP)
2. Струйная обработка материала
3. Струйная обработка связующего
4. Экструзия материалов
   1. Моделирование методом наплавления (FDM)
   2. Производство плавленых нитей (FFF)
5. Порошковая кровать Fusion
   1. Мультиструйный синтез (MJF)
   2. Селективное лазерное спекание (SLS)
   3. Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
6. Листовое ламинирование
7. Направленное выделение энергии

Ванная фотополимеризация

3D-принтер, основанный на методе фотополимеризации в ванне, имеет контейнер, заполненный фотополимерной смолой.Смола затвердевает с помощью источника УФ-излучения.

Стереолитография (SLA)

SLA был изобретен в 1986 году Чарльзом Халлом, который в то же время основал компанию 3D Systems. В стереолитографии используется чан с жидкой отверждаемой фотополимерной смолой и ультрафиолетовый лазер для создания слоев объекта по одному. Для каждого слоя лазерный луч прослеживает поперечное сечение рисунка детали на поверхности жидкой смолы.Воздействие ультрафиолетового лазерного излучения отверждает и затвердевает рисунок, нанесенный на смолу, и сплавляет его с нижележащим слоем.

После трассировки рисунка платформа подъемника SLA опускается на расстояние, равное толщине одного слоя, обычно от 0,05 мм до 0,15 мм (от 0,002″ до 0,006″). Затем заполненное смолой лезвие проходит по поперечному сечению детали, повторно покрывая ее свежим материалом. На этой новой жидкой поверхности прослеживается рисунок последующего слоя, присоединяясь к предыдущему слою.В зависимости от объекта и ориентации печати SLA часто требует использования структур поддержки.

Цифровая обработка света (DLP)

DLP или Digital Light Processing относится к методу печати, в котором используются светочувствительные и светочувствительные полимеры. Хотя это очень похоже на SLA, ключевое отличие заключается в источнике света. DLP использует другие источники света, такие как дуговые лампы. DLP работает относительно быстро по сравнению с другими технологиями 3D-печати.

Непрерывное производство жидкостного интерфейса (CLIP)

Один из самых быстрых процессов с использованием фотополимеризации в ванне называется CLIP, сокращение от Continuous Liquid Interface Production , разработанный компанией Carbon.

Цифровой синтез света

В основе процесса CLIP лежит технология Digital Light Synthesis . В этой технологии свет от специального высокоэффективного светодиодного источника света проецирует последовательность УФ-изображений, открывающих поперечное сечение напечатанной на 3D-принтере детали, что приводит к частичному отверждению УФ-отверждаемой смолы точно контролируемым образом. Кислород проходит через кислородопроницаемое окно, создавая тонкую жидкую границу раздела неотвержденной смолы между окном и печатной частью, известную как мертвая зона.Мертвая зона составляет всего десять микрон. Внутри мертвой зоны кислород препятствует отверждению светом смолы, расположенной ближе всего к окну, что обеспечивает непрерывный поток жидкости под напечатанной деталью. Непосредственно над мертвой зоной направленный вверх УФ-свет вызывает каскадное отверждение детали.

Простая печать только с помощью аппаратного обеспечения Carbon не позволяет использовать конечные свойства с реальными приложениями. После того, как свет придал форму детали, второй программируемый процесс отверждения обеспечивает желаемые механические свойства путем запекания напечатанной на 3D-принтере детали в термальной ванне или печи.Запрограммированное термическое отверждение задает механические свойства, запуская вторичную химическую реакцию, заставляющую материал упрочняться для достижения желаемых конечных свойств.

Компоненты, напечатанные с использованием технологии Carbon, не уступают деталям, изготовленным методом литья под давлением. Цифровой синтез света обеспечивает стабильные и предсказуемые механические свойства, создавая действительно изотропные детали.

Струйная обработка материала

В этом процессе материал наносится каплями через сопло небольшого диаметра, аналогично тому, как работает обычный струйный бумажный принтер, но он наносится слой за слоем на платформу для сборки, а затем затвердевает под действием УФ-излучения.

При распылении связующего используются два материала: порошковый основной материал и жидкое связующее. В рабочей камере порошок распределяется равными слоями, а связующее наносится через струйные сопла, которые «склеивают» частицы порошка в нужной форме. После того, как печать закончена, оставшийся порошок счищается, который часто можно использовать повторно для печати следующего объекта. Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте в 1993 году.

Экструзия материала

Моделирование методом наплавления (FDM)

FDM работает с использованием пластиковой нити, которая сматывается с катушки и подается на экструзионное сопло, которое может включать и выключать поток. Сопло нагревается для расплавления материала и может перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях с помощью механизма с числовым программным управлением. Объект изготавливается путем экструзии расплавленного материала для формирования слоев, поскольку материал затвердевает сразу после экструзии из сопла.

FDM был изобретен Скоттом Крампом в конце 80-х. Запатентовав эту технологию, он основал компанию Stratasys в 1988 году. Термин Fused Deposition Modeling и его аббревиатура FDM являются товарными знаками Stratasys Inc.

Производство плавленых нитей (FFF)

Точно эквивалентный термин «Производство плавленых нитей» (FFF) был придуман участниками проекта RepRap, чтобы обозначить фразу, использование которой было бы не ограничено законом.

Порошковая кровать Fusion

Селективное лазерное спекание (SLS)

SLS использует лазер высокой мощности для сплавления мелких частиц порошка в массу, которая имеет желаемую трехмерную форму.Лазер избирательно плавит порошок, сначала сканируя поперечные сечения (или слои) на поверхности порошкового слоя. После сканирования каждого поперечного сечения слой порошка опускается на один слой. Затем сверху наносится новый слой материала и процесс повторяется до тех пор, пока объект не будет готов.

Multi Jet Fusion (MJF)

Multi Jet Fusion была разработана Hewlett Packard и работает с подметающим манипулятором, который наносит слой порошка, а затем с другим манипулятором, оснащенным струйными принтерами, которые выборочно наносят связующее вещество на материал.Струйные принтеры также наносят средство для детализации вокруг переплета, чтобы обеспечить точные размеры и гладкие поверхности. Наконец, слой подвергается всплеску тепловой энергии, который вызывает реакцию агентов.

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

DMLS в основном такой же, как SLS, но вместо него используется металлический порошок. Весь неиспользованный порошок остается как есть и становится опорной структурой для объекта. Неиспользованный порошок можно использовать повторно для следующего оттиска.

Из-за увеличения мощности лазера DMLS превратился в процесс лазерной плавки.Узнайте больше об этой и других технологиях обработки металлов на нашей странице обзора технологий обработки металлов.

История по теме

Металлическая 3D-печать: обзор наиболее распространенных типов

Листовое ламинирование

Листовое ламинирование включает в себя материал в листах, который скрепляется под действием внешней силы. Листы могут быть металлическими, бумажными или полимерными. Металлические листы свариваются друг с другом с помощью ультразвуковой сварки в несколько слоев, а затем фрезеруются на станке с ЧПУ для придания нужной формы. Можно использовать и бумажные листы, но они склеиваются клеевым составом и обрезаются по форме точными лезвиями.

Направленное осаждение энергии

Этот процесс в основном используется в металлургической промышленности и в приложениях быстрого производства. Устройство 3D-печати обычно прикрепляется к многоосному роботизированному манипулятору и состоит из сопла, которое наносит металлический порошок или проволоку на поверхность, и источника энергии (лазер, электронный луч или плазменная дуга), который расплавляет его, формируя твердый объект.

Материалы

В аддитивном производстве можно использовать несколько материалов: пластмассы, металлы, бетон, керамику, бумагу и некоторые пищевые продукты (например,грамм. шоколад). Материалы часто производятся в виде проволочного сырья, известного как нить, в виде порошка или жидкой смолы. Узнайте больше о наших рекомендуемых материалах на нашей странице материалов.

Услуги

Хотите внедрить 3D-печать в свой производственный процесс? Получите ценовое предложение для нестандартной детали или закажите образцы на нашей странице услуг 3D-печати.

Создание практического доступа с помощью 3D-печати

Американский фонд действий для слепых детей и взрослых
Размышления о будущем        Зима 2020 г.      ДОСТУП

(назад) (содержание) (далее)

See3D: создание практического доступа с помощью 3D-печати

Кэролайн Карбовски

От редактора: В течение нескольких лет ряд организаций предлагали загружаемые файлы, которые можно использовать для создания трехмерных моделей с помощью 3D-печати.Почти все, от амеб до галактик, можно воспроизвести в тактильно доступной форме. Но мало кто имеет доступ к 3D-принтеру или обладает опытом, позволяющим превратить файл в реальный объект. Для большинства слепых обещание доступа через 3D-печать осталось невыполненным.

Кэролайн Карбовски — студентка бакалавриата Университета штата Огайо. В этой статье она объясняет, как она основала некоммерческую организацию под названием See3D. See3D стремится предоставить трехмерные модели слепым людям, которые хотят и нуждаются в них.

Зрячему человеку может показаться необычным читать шрифт Брайля на ощупь, но я не задумывался об этом, когда учился в шестом классе. Я хотел иметь возможность читать книги в машине, не укачивая в машине. Я подумал, что если выучу шрифт Брайля, то смогу читать сколько душе угодно в семейных поездках.

Я выучил шрифт Брайля самостоятельно и с тех пор пользуюсь им. По сей день я читаю шрифт Брайля по ночам, прежде чем заснуть. Я использую шрифт Брайля, чтобы репетировать свои театральные реплики за кулисами.Я даже обозначил элементы управления в своей машине шрифтом Брайля, чтобы не отрывать глаз от дороги во время вождения!

Когда я был в восьмом классе, я прочитал статью о том, как 3D-печать может создавать тактильные модели изображений, видимых в телескоп или микроскоп. Модели могут быть помечены шрифтом Брайля для слепых пользователей. Я понял, что могу маркировать напечатанные на 3D-принтере модели и раздавать их слепым людям.

В технологическом клубе моей школы был 3D-принтер. Мне очень хотелось использовать его, но я не мог решить, что я хочу напечатать.Потом я вспомнил статью, которую читал годом раньше, и понял, что могу использовать наш принтер для создания 3D-моделей для слепых. Я основывался на этой идее, когда руководил показательным проектом на TechOlympics, местной конференции по технологиям для старших классов. Наша технологическая команда создала веб-сайт see3d.org. На этом веб-сайте любой слепой или любой, кто является родителем/опекуном или учителем слепого человека, может запросить модель. Затем мы можем распечатать ее, добавить этикетки Брайля или описания по мере необходимости и отправить модель по почте, используя бесплатную доставку Matter.

После того, как мы выступили на TechOlympics, нас стали приглашать на другие мероприятия для производителей. Я встретил несколько посетителей, которые вызвались печатать и проектировать модели. Женщина по имени Эмили Киль предложила улучшить наш сайт.

В начале проекта я не знал никого, кто был бы слеп. Затем я встретил слепую женщину на мероприятии в колледже, и она предложила мне оставить отзыв о модели замка Золушки. Она познакомила меня со своими слепыми друзьями. Моя мама познакомила меня со своими друзьями, которые преподают слепым ученикам.

Я хотел узнать об образовательных инструментах, которые в настоящее время используются для слепых учащихся, поэтому я посетил несколько школ и посетил Американскую типографию для слепых в Луисвилле, штат Кентукки. Я также посетил Лабораторию цифрового производства в Индианской школе для слепых и слабовидящих (ISBVI). Эти визиты дали мне более четкое представление о том, как See3D может способствовать доступности инструментов тактильного обучения.

В колледже я познакомился с однокурсником Гарретом Кардером, который тоже предложил помощь с сайтом.Вместе мы обратились за начальным финансированием от The Innovation Studio в Университете штата Огайо (OSU). Финансирование помогло нам приобрести материалы для 3D-печати и оплатить участие в конгрессе. Кроме того, The Innovation Studio связала нас с Юридической клиникой предпринимательского бизнеса в ОГУ, что помогло нам стать освобожденной от налогов некоммерческой организацией 501(c)3.

На сегодняшний день компания See3D распространила среди слепых людей более шестисот моделей. Мы выполнили запросы от отдельных лиц, запросы больших групп на конференции и школы, а также всего понемногу между ними.

Наиболее часто мы запрашиваем модели вещей, которые нельзя потрогать или полностью понять с помощью прикосновения в реальной жизни из-за соображений безопасности или размера, стоимости или деликатного характера объекта. Наиболее популярны бабочки, клетки, морские существа, молекулы ДНК, памятники, карты, здания, снежинки и, конечно же, герои фильмов. Мы разработали несколько оригинальных моделей, но наши дизайнерские возможности ограничены доступностью и способностями наших добровольцев. В основном мы печатаем модели, доступные по лицензиям Public Domain или Creative Commons.Наш основной материал для печати называется нитью PLA. Мы используем облачные принтеры, поэтому несколько человек могут загружать объекты и управлять принтерами. Мы всегда ищем новых добровольцев, которые помогут разработать и напечатать модели, создать этикетки со шрифтом Брайля и отправить посылки по почте.

После того, как модель была разработана на компьютере, ее можно разместить в Интернете, чтобы любой мог загрузить или изменить ее. Файлы для 3D-печати, известные как файлы STL, легко передаются в электронном виде. Во многих случаях мы можем выполнить запрос без фактической печати и отправки модели по почте, если у получателя есть 3D-принтер.Мы выполняем многие из наших международных запросов, отправляя файлы для печати. В других случаях мы отправляем моделей с людьми, которые едут в ту страну, где они нужны. Мы отправили настоящие модели в такие отдаленные места, как Кыргызстан, Гватемала, Канада и Гайана. С помощью 3D-печати студенты по всему миру могут использовать одни и те же модели и совместно работать над их улучшением.

В последнее время мы сотрудничаем с Клубом моделей Школы штата Огайо для слепых (OSSB). Мы демонстрируем студентам и преподавателям, как работать с их 3D-принтерами.Учащиеся используют программы для чтения с экрана и лупы, чтобы найти файлы STL в Интернете, которые они загружают в слайсер для печати. Однако программы-слайсеры часто недоступны для пользователей программ чтения с экрана. Мы сотрудничаем с компаниями, занимающимися 3D-печатью, чтобы помочь устранить такие барьеры.

В прошлом еще одним барьером в процессе печати была недоступность самих 3D-принтеров. Элементы управления обслуживанием и имена файлов нужно было выбирать на экране принтера. В этом учебном году мы смогли подключить принтер к компьютеру, чтобы всеми функциями принтера можно было управлять с помощью программы чтения с экрана.Некоторые учащиеся также используют приложения для видеозвонков, такие как Aira, для навигации по экрану принтера. Этот метод позволяет учащимся быть независимыми и открывать для себя больше функций принтера.

OSSB имеет большую коллекцию моделей исторических памятников. В прошлом году мы в основном печатали уменьшенные копии больших моделей коллекции. Студенты могут иметь свои личные копии меньших 3D-печатных моделей, и они могут получить общее представление о форме, прежде чем использовать более крупную модель для деталей.В настоящее время студенты печатают модели, которые их интересуют, и модели, которые их учителя запросили для использования в классе.

Я изучаю биологию и хочу заниматься научным образованием. Прошлым летом Эмили Киль и я вели научную деятельность в Академии BELL 2019 NFB штата Огайо. Изюминкой было вскрытие собачьей акулы. Мы хотели показать учащимся формы различных видов акул, поэтому напечатали модели ската манта, китовой акулы и акулы-собаки.Мы также показали им акулу-собаку в качестве тактильного изображения. Таким образом, студенты смогли установить связи между 2D-графикой, 3D-моделью и настоящим образцом акулы. Мы решили расширить эту концепцию, распечатав модели органов человека, включая глаз, кишечник, желудок, нейрон и улитку. Во время детских мероприятий на съезде NFB of Ohio мы соединили эти модели с изображениями из книги по тактильной анатомической графике.

Мы обнаружили, что 3D-печать может помочь повысить осведомленность о слепоте.Когда мы посещаем мероприятия для производителей, мы распространяем информацию о шрифте Брайля, доступности веб-сайтов и тактильном обучении. Многие люди, которые обращаются в See3D за помощью в печати моделей, не имеют личного отношения к слепоте. Я понял, что 3D-печать может стать отличной связью между слепыми и зрячими людьми. Люди всех возрастов и способностей к 3D-печати могут быть вовлечены в See3D. Учащиеся средней школы разработали типовые запросы. Поскольку для большинства запросов уже имеется готовый дизайн, волонтеру достаточно иметь доступ к 3D-принтеру для создания самой модели.Наши слепые волонтеры печатают модели с помощью программ чтения с экрана и используют приложения для видеозвонков, чтобы обойти аспекты, которые пока недоступны. Поскольку мы разрабатываем и печатаем модели, к которым можно прикасаться, мы надеемся, что больше людей узнают о слепоте и осознают важность того, чтобы сделать мир более доступным.

Вы можете запросить бесплатные 3D-печатные модели, посетив наш веб-сайт по адресу see3d.org.

Обмен медиа

(назад) (содержание) (далее)

границ | Пригодность общедоступных протезов рук, напечатанных на 3D-принтере, для детей, раненых на войне

1.Введение

Потеря верхних конечностей оказывает значительное влияние на функциональную деятельность и социальные взаимодействия человека. Потеря верхних конечностей может быть классифицирована в соответствии с врожденной потерей конечности или приобретенной потерей конечности. Соотношение случаев врожденной и приобретенной потери конечностей составляет 2:1 (Masada et al., 1986; Vannah et al., 1999; Vasluian et al., 2013). Врожденная потеря конечностей связана с пороками развития, которые имеют структурные аномалии внутриутробного происхождения (Czeizel, 2005).Распространенность потери верхних конечностей в два раза выше, чем нижних конечностей (Hirons et al., 1991). Приобретенная потеря конечности может быть вызвана различными причинами, включая заболевания или травматические ампутации, вызванные машинным оборудованием, дорожно-транспортными происшествиями, поражением электрическим током или оружием (Krebs et al., 1991).

В последние годы из-за боевых действий увеличилось количество приобретенных потерь верхних конечностей. Дети являются наиболее уязвимыми жертвами войн. Как и другие гражданские лица, они могут получить ряд травм, связанных с войной.Самодельные взрывные устройства (СВУ), противопехотные мины, минометы и удары с воздуха с большей вероятностью могут убить или навсегда повредить ребенка из-за их склонности к активному отдыху. Только в 2017 г. Совет Безопасности Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций (2018 г.) сообщил, что около 9 624 детей были убиты или покалечены в ходе вооруженных конфликтов во всем мире (таблица 1).

По оценкам организации Handicap International (Bevington, 2015), во время гражданской войны в Сирии (с 2011 г. по настоящее время) один миллион человек был ранен, и около 8% из них нуждаются в протезах или ортезах.Это приводит к скрытому спросу около 80 000 человек, которым нужны такие устройства только в одной стране. Уязвимость раненых на войне обычно усугубляется развалом системы здравоохранения. Организация «Врачи за права человека» (2015 г.) зафиксировала систематические нападения на поставщиков медицинских услуг в Сирии. Чтобы компенсировать нехватку медицинских услуг, Катарское общество Красного Полумесяца (член обществ Красного Креста и Красного Полумесяца), Международный комитет Красного Креста, гуманности и инклюзивности (ранее Международная организация инвалидов) и Médecins Sans Frontières (MSF) выйти на передний план гуманитарной помощи.Однако для них обеспечение протезами конечностей стало проблематичным из-за непомерно высоких цен в условиях усталости международных доноров.

Стоимость имеющихся в продаже протезов с питанием от тела колеблется от 4 000 до 10 000 долларов (Resnik et al., 2012; ten Kate et al., 2017), тогда как стоимость протезов с электроприводом составляет от 25 000 до 75 000 долларов (Resnik et al., 2012). ; ван дер Риет и др., 2013; тен Кейт и др., 2017). Американская ассоциация ортезов и протезов (2015) оценила стоимость протеза верхней конечности, соответствующего требованиям правительства, от 1500 до 5000 долларов.Все эти суммы делают покупку протеза недоступной для большинства тех, кто живет в тяжелых жизненных условиях, например, в зонах боевых действий, лагерях беженцев или странах с низким доходом. Статистические данные в таблице 1 ничтожны по сравнению со спросом на потребительские товары массового производства, такие как мобильные телефоны или спортивная обувь. Из-за различных уровней потери конечностей или ампутаций среди пациентов и различных предпочтений в отношении функциональности или других характеристик (Korkmaz et al., 2012) массовое производство протезов невозможно.Каждое протезное устройство индивидуально для каждого пациента.

Трехмерная (3D) печать — новая технология быстрого производства недорогих протезов (Cabibihan et al., 2015; Cabibihan et al., 2018; Alhaddad et al., 2017; Alturkistani et al., 2020). . Процесс 3D-печати представляет собой аддитивное нанесение материала слой за слоем для создания деталей из модели 3D-системы автоматизированного проектирования (CAD) (Hull, 1986). Настольные 3D-принтеры потребительского класса стоят от 250 до 2500 долларов.Существуют преимущества использования 3D-печати для изготовления протезов. Во-первых, процесс не нуждается в многочисленных ограничениях, налагаемых сменой инструментов и переключением производственных процессов для каждой детали. Во-вторых, 3D-печать позволяет создавать произвольные формы, повторяющие контуры человеческих конечностей. Это позволяет изготавливать протезы, соответствующие форме и размеру каждого пациента. Наконец, поскольку производство деталей осуществляется в небольших объемах, запасы деталей сведены к минимуму, что еще больше снижает производственные затраты.

В этой статье мы спрашиваем, подходят ли общедоступные 3D-печатные протезы рук с приводом от тела для использования детьми (т.е. в возрасте до 18 лет) с отсутствующими руками в условиях ограниченных ресурсов. Во-первых, мы оценили все опубликованные проекты открытых 3D-печатных протезов рук на предмет их пригодности для людей с врожденной потерей руки или ампутацией, связанной с войной. Затем мы исследовали хватательные позы репрезентативной конструкции протеза руки. Было несколько доступных конструкций, но их механизмы с тросовым приводом и материалы, используемые для 3D-печати, были схожими.В-третьих, мы исследовали вероятные конструктивные аспекты, при которых может произойти отказ: тросы могут сломаться, а захват может быть нарушен, материал в пальцах может сломаться из-за высоких напряжений от тросов, находящихся под действием растягивающих усилий, или суставов пальцев. могли выйти из строя из-за циклических нагрузок при захвате и переноске предметов. В-четвертых, мы разработали модель затрат, чтобы приблизить минимальную цену каждой напечатанной на 3D-принтере руки. Наконец, мы обсудили последствия этой работы для детей с врожденными потерями конечностей и раненых на войне.

2. Протезы рук, напечатанные на 3D-принтере в открытом доступе

В качестве базового исследования мы изучили 3D-печатные руки с приводом от тела, которые были доступны в Интернете. Протезы рук, которые контролировались с помощью распознавания образов электромиографических (ЭМГ) сигналов и других стратегий сенсорной обратной связи, были исключены из исследования (Kuiken et al., 2016; Resnik et al., 2019).

Некоторые из доступных дизайнов показаны в Таблице 2. Эти руки антропоморфны и состоят из пяти пальцев, каждый из которых имеет две или три фаланги.Один сустав связывает запястье со жгутом, который крепится к культе ампутированной части руки. Эти типы механизмов считаются недостаточно активными, потому что количество степеней срабатывания ниже, чем количество степеней свободы (DOF) всего механизма (Birglen et al., 2008). Для рук в Таблице 2 имеется не менее 10 степеней свободы и единственный способ приведения в действие, то есть сгибание сустава между запястьем и привязью.

Таблица 2 . Открыто доступные 3D-печатные протезы рук: конструкционный материал и типы тросов для сгибания и разгибания.

Пальцы приводятся в действие кабелями, соединенными с запястьем. Для управления протезом конечности с приводом от тела используются тросы, передающие движения от части тела к протезу. Это движение могло быть от груди, плеча, локтя или запястья в зависимости от уровня ампутации. Сгибание пальцев зависит от силы натяжения неэластичных канатов, в то время как разгибание пальцев зависит от восстанавливающего действия эластичного шнура, обладающего определенной гибкостью, что позволяет вернуть пальцы в исходное положение. естественная поза (Алхатыб и др., 2019б).

Среди этих конструкций кисть Raptor Reloaded Hand (рис. 1) от сообщества e-NABLE оказалась популярной и в настоящее время используется более чем 1500 людьми с ампутированными конечностями из 40 стран из-за ее простой сборки и довольно приемлемого внешнего вида (Owen, 2017). ). Об этом дизайне сообщалось в предыдущих работах (Arabian et al., 2016; Burn et al., 2016; Greene et al., 2016; Sullivan et al., 2017; ten Kate et al., 2017; Vujaklija and Farina, 2018). ). Необходимы дальнейшие исследования для оценки технической целостности и функциональности этой руки.Мы использовали эту конструкцию для оценки движения, силы захвата, режимов отказа и связанных с этим затрат при изготовлении протеза руки для людей с врожденной потерей конечности или для раненых на войне.

Рисунок 1 . Инвалид с косметическим протезом руки в одном из наших полевых интервью. (A) Неповрежденная рука. (B) Косметическая рука с потемневшим цветом лица из-за старения силиконового материала и пятен от темной одежды. (C) Протез руки Raptor Reloaded, напечатанный на 3D-принтере, как репрезентативный дизайн общедоступных напечатанных на 3D-принтере рук.

3. Материалы и методы

3.1. Схватывание позы

Человеческая рука способна к различным типам хвата. Он способен захватывать различные предметы полной рукой (т. е. силовые захваты) или ловко (т. е. точечные захваты). В руке человека 15 суставов и 20 ФО (Jones and Lederman, 2006; Kapandji, 2016). Было показано, что человеческая рука выполняет 33 позы захвата (Feix et al., 2013; Feix et al., 2016). В этом исследовании было достигнуто 33 захвата с использованием 17 предметов.Среди этих предметов были мяч, монета, цилиндры разного диаметра и другие предметы, характерные для предметов повседневной жизни. Полный список поз хвата можно найти по ссылке.

3.1.1. Материалы

3D-дизайн Raptor Reloaded был загружен и использовался в масштабе по умолчанию исходного файла (Сообщество e-NABLE, 2014; Alkhatib et al., 2019a). Файл CAD был напечатан в 3D с использованием нити из полимолочной кислоты (PLA; MakerBot, США) на настольном 3D-принтере (Replicator 5th Generation, MakerBot Industries LLC, Бруклин, штат Нью-Йорк, США; стол для сборки: 29).5×19,5×16,5 см ³ ). Использовались следующие настройки: температура печати 215°C, слои 0,2 мм, 2 оболочки, заполнение 35%, вентилятор охлаждения был установлен в активный режим. Печать была завершена через 17 часов. Для завершения сборки понадобились неэластичный и эластичный шнуры для механизма захвата и освобождения. Неэластичные тросы (сверхпрочная плетеная леска Dyneema, SeaKnight, Китай) требовались для сгибания пальцев. Эластичные шнуры (диаметр 3 мм, полипропиленовый шоковый шнур, Sgt. Knots Supply Co, Северная Каролина, США) использовались для возврата пальцев в исходное положение.Для надежного закрепления кабелей и шнуров использовалась техника завязывания, известная как улучшенный зажимной узел.

3.1.2. Выбор поз хватки

Протез руки – транскарпальный протез руки. Таким образом, пользователь надевает протез руки и должен согнуть запястье, чтобы можно было выполнить захват. Протокол поиска хватательного набора проводился следующим образом. Сначала здоровый ребенок (8 лет) носил транскарпальный протез руки через лямки. Ремни протеза руки имитировали хватку ребенка с ампутированной конечностью.Во-вторых, на экране отображались изображения 33 захватов (Feix et al., 2016), которые ребенок повторял. В соответствии с процедурой, описанной в Deimel and Brock (2016), последним шагом было определение качества захвата путем перемещения захваченного объекта. Было проведено три последовательных испытания для повторяемости. Затем мы составили список поз, на которые способен протез руки.

3.2. Захватывающий диапазон движения

Для малоподвижной руки все пальцы охватывают поверхность объекта.В тех случаях, когда объект меньше объема, вмещающего пальцы, пальцы, которые не касаются объекта, будут продолжать сгибаться до тех пор, пока не будут достигнуты структурные ограничения. Для репрезентативной выборки (т. е. перезаряженной руки Raptor) мы исследовали ограничения, налагаемые структурными ограничениями. В этом разделе мы спросили, похож ли диапазон движения пальцев на диапазон движений человеческой руки. Кроме того, мы хотели знать, какое усилие сгибания запястья требуется для достижения диапазона движения протеза руки.

3.2.1. Анализ данных

Положения кончика пальца были определены в соответствии с его координатами X и Y . Затем была разработана геометрическая схема, чтобы понять хватательные отношения между суставами и связями пальца с его геометрией. Прямая кинематика проводилась путем определения параметров Денавита-Хартенберга (D-H) (Corke, 2017).

На рис. 2А показана рамка связи указательного пальца. Двумерная декартова система координат (x,y) определяет исходную точку (0,0) в лучезапястном суставе, где θ ₁ = 0.Соглашение D-H использовалось для создания матриц преобразования на основе четырех параметров, которые можно получить из соединительной рамы протеза руки. Эти параметры длины ссылки, _{I , ссылка поворотов, α I , ссылка на смеси, D I и суставанные углы, θ I 3). Матрицы преобразования показаны в уравнениях (1)–(4).}