แรงเสียดทานต่ำ น้ำหนักเบา - ชิ้นส่วนที่ถูกปรินท์ขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับใช้งานในการทำกายภาพบำบัด

• สิ่งที่จำเป็น: ข้อต่อนิ้วสำหรับโครงกระดูกภายนอก
• กระบวนการผลิต: การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบเลือกจุดด้วยผง SLS
• ข้อกำหนด: ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ทนทานต่อการสึกหรอ น้ำหนักเบา ความแม่นยำ
• วัสดุ: iglidur i6
• อุตสาหกรรม: อุตสาหกรรมการแพทย์
• ความสำเร็จผ่านความร่วมมือ: การส่งมอบที่รวดเร็ว การผลิตชิ้นส่วนฟังก์ชันที่กำหนดเองได้อย่างคุ้มต้นทุน

ตามรายงานของ German Stroke Society พบว่าคนในเยอรมนี 1 คนเกิดโรคหลอดเลือดสมองทุกๆ 2 นาที สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิสในเมืองซูริก (ETHZ) ได้พัฒนาโครงกระดูกภายนอกของมือที่เรียกว่า RELab tenoexo ซึ่งครอบคลุมกิจกรรมประจำวันได้ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้ง่ายต่อการเรียนรู้การหยิบจับอีกครั้งหลังจากเกิดโรคหลอดเลือดสมอง ข้อต่อนิ้วที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติซึ่งทำจากพลาสติกประสิทธิภาพสูง iglidur i6 ช่วยให้ส่งกำลังได้อย่างเหมาะสมที่สุด

การผลิตข้อต่อนิ้วด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบคลาสสิกนั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความละเอียดของอุปกรณ์ไม่เพียงพอที่จะรับรู้โครงสร้างของข้อต่อนิ้วได้ ส่วนประกอบเหล่านี้ไม่เพียงแต่ยึดสปริงใบเข้าด้วยกันเท่านั้น แต่ยังมีกลไกการล็อกแบบลวดลายสำหรับสายหนังอีกด้วย หัวเข็มขัดที่ร้อยสายหนังเข้าไปนั้นกว้างกว่าหนึ่งมิลลิเมตรเล็กน้อย เส้นใย ABS พิสูจน์แล้วว่าไม่เหมาะที่จะใช้เป็นวัสดุในการพิมพ์ เนื่องจากแรงเสียดทานระหว่างข้อต่อและสปริงใบนั้นสูงเกินไป ส่งผลให้สูญเสียพลังงานไปมาก

ด้วย iglidur i6 บริษัท ETHZ ค้นพบพลาสติกที่มีการปรับให้เหมาะสมทางไตรโบโลยี ซึ่งพิสูจน์แล้วว่าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่จำเป็น ผง SLS ได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษเพื่อลดแรงเสียดทานในการใช้งานที่มีการเคลื่อนไหว การหลอมด้วยเลเซอร์ทำให้มีความแม่นยำสูง ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างโครงสร้างลวดลายของข้อต่อได้โดยไม่มีปัญหาใดๆ ด้วย บริการพิมพ์ 3 มิติ ที่รวดเร็วจาก igus จึงสามารถผลิตข้อต่อนิ้วได้อย่างรวดเร็วและคุ้มต้นทุน และพร้อมใช้งานได้ทันที

นิ้วเหล่านี้ได้รับการออกแบบโดยศาสตราจารย์ชาวญี่ปุ่น จัมเปอิ อาราตะ จากมหาวิทยาลัยคิวชู โดยสปริงใบสเตนเลสบางๆ สามอันวางทับกันและเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อพลาสติกสี่ข้อ สายโบว์เดนติดอยู่กับสปริงตรงกลาง หากเคลื่อนไปข้างหน้า นิ้วจะปิดลง หากดึงกลับ มือจะเปิดออก มอเตอร์ DC จะยืดและงอสปริงใบและรองรับผู้ป่วยในการเคลื่อนไหวด้วยการจับ "โครงกระดูกภายนอกจะออกแรงหกนิวตันต่อนิ้ว" Jan Dittli นักวิจัยจากแผนกวิทยาศาสตร์สุขภาพและเทคโนโลยี ETHZ กล่าว "ที่จับสามอันที่ใช้สามารถยกวัตถุที่มีน้ำหนักประมาณ 500 กรัมได้ เช่น ขวดน้ำขนาด 0.5 ลิตร"

โครงกระดูกภายนอกจะถูกสวมโดยใช้สายรัดข้อมือที่มีเซ็นเซอร์ และติดเข้ากับนิ้วด้วยสายหนัง เมื่อผู้ป่วยเคลื่อนไหวมือ สายรัดข้อมือจะส่งสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนื้อ (EMG) ไปยังมินิคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะอยู่ในเป้สะพายหลังพร้อมกับมอเตอร์ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม ซึ่งเชื่อมต่อกับโมดูลมือ หากผู้สวมใส่ตั้งใจที่จะเคลื่อนไหวโดยใช้มือ คอมพิวเตอร์จะรับรู้การเคลื่อนไหวดังกล่าว ซึ่งจะเปิดใช้งานมอเตอร์ DC ต่อไป

ในระหว่างการพัฒนา นักวิจัยได้เผชิญกับความท้าทาย: ข้อต่อนิ้วที่ละเอียด องค์ประกอบเหล่านี้ไม่เพียงแต่ยึดสปริงใบเข้าด้วยกันเท่านั้น แต่ยังมีกลไกการปิดแบบลวดลายสำหรับสายหนังอีกด้วย หัวเข็มขัดที่ร้อยสายเข้าไปนั้นกว้างกว่าหนึ่งมิลลิเมตรเล็กน้อย เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เส้นใย ABS ถูกนำมาใช้ในการผลิตหลังมือ ซึ่งทั้งกระบวนการผลิตและวัสดุพิสูจน์แล้วว่าไม่เหมาะสมสำหรับการผลิตข้อต่อนิ้ว "แรงเสียดทานระหว่างข้อต่อและสปริงใบจะสูงเกินไปหากใช้วัสดุนี้" Dittli กล่าว "ส่งผลให้เราสูญเสียพลังงานมากเกินไปเมื่อขยับนิ้ว" ความละเอียดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบทั่วไปยังไม่เพียงพอที่จะรับรู้โครงสร้างรายละเอียดของข้อต่อนิ้วได้

วิธีแก้ปัญหานี้พบได้ในการผลิตสารเติมแต่งของ igus: วัสดุ SLS หล่อลื่นตัวเอง iglidur i6 ซึ่งพัฒนาขึ้นเป็นพิเศษสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงเสียดสี สามารถนำไปใช้ในการผลิตข้อต่อนิ้วได้สำเร็จ iglidur i6 ได้รับการพัฒนาขึ้นในตอนแรกสำหรับการผลิตเฟืองตัวหนอนสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ โดยเหมาะเป็นพิเศษสำหรับการผลิตส่วนประกอบที่มีรายละเอียดละเอียดอ่อนและพื้นผิวที่แม่นยำ และมีลักษณะเฉพาะคือมีความเหนียวและทนต่อการสึกกร่อนสูง iglidur i6 พิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมสำหรับใช้เป็นชิ้นส่วนที่ใช้งานได้ทนทานในห้องปฏิบัติการทดสอบของ igus: เฟืองเผาผนึกที่ทำจากพลาสติก iglidur ที่ทนต่อการสึกกร่อนนี้ได้รับการทดสอบเป็นเวลาสองเดือนภายใต้เงื่อนไขเดียวกันกับเฟืองที่บดจาก POM เฟืองที่ทำจาก POM สึกกร่อนอย่างหนักหลังจากผ่านการใช้งาน 321,000 รอบ และล้มเหลวหลังจากผ่านการใช้งาน 621,000 รอบ ไม่ระบุ

เมื่อเทียบกับโลหะ พลาสติก iglidur i6 มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในงานที่น้ำหนักเบา ข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับนักวิจัย ETHZ คือ มีเพียงโครงภายนอกที่เบาและกะทัดรัดเท่านั้นที่สามารถพิสูจน์ตัวเองได้ในชีวิตประจำวัน ด้วยข้อต่อนิ้วที่ทำจาก iglidur i6 โมดูลมือจึงมีน้ำหนักเพียง 148 กรัม สารหล่อลื่นแบบแข็งที่รวมอยู่ในพลาสติกทำให้ไม่จำเป็นต้องหล่อลื่นองค์ประกอบต่างๆ และด้วยเหตุนี้ จึงช่วยให้การจัดการแอปพลิเคชั่นการบำบัดขั้นสูงเป็นเรื่องง่าย

การเผาผนึกด้วยเลเซอร์เป็นวิธีการผลิตที่ไม่เพียงแต่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิตที่ซับซ้อนและโครงสร้างที่ละเอียดอ่อนเท่านั้น แต่ยังให้ความเป็นไปได้ในการผลิตเป็นชุดเล็กๆ และผลิตครั้งเดียวในราคาประหยัดอีกด้วย กรณีนี้เกิดขึ้นกับโครงหุ้มภายนอก Tenoexo ของ RELab เนื่องจากสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับผู้ป่วยแต่ละราย "เราได้พัฒนาอัลกอริทึมเพื่อปรับแบบจำลองดิจิทัลของโครงหุ้มภายนอกให้เหมาะกับขนาดมือของผู้ป่วยด้วยการคลิกเพียงไม่กี่ครั้ง"

ไม่ว่าจะในการพัฒนาผลิตภัณฑ์หรือการผลิตชิ้นส่วนที่ใช้งานได้ ความเร็วช่วยให้บริษัทได้เปรียบในตลาดและลูกค้าสามารถแก้ไขปัญหาได้เร็วขึ้น ด้วยการอัปโหลดโมเดล 3 มิติของข้อต่อนิ้วที่ต้องการไปยัง บริการพิมพ์ 3 มิติออนไลน์ ของเรา นักวิทยาศาสตร์ของ ETHZ สามารถสั่งซื้อชิ้นส่วนที่ต้องการได้ภายในไม่กี่นาที การผลิตจริงมักเกิดขึ้นภายในคืนเดียว และข้อต่อนิ้วที่เสร็จแล้วสามารถติดตั้งและใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการรักษาได้ภายในเวลาเพียงไม่กี่วัน ไม่มีกระบวนการผลิตอื่นใดที่ใกล้เคียงกับความเร็วและความคุ้มทุนของการพิมพ์ 3 มิติเมื่อต้องผลิตชิ้นงานขนาดเล็กตามสั่ง

แต่ชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วย 3 มิตินั้นเหมาะสมที่จะใช้เป็นชิ้นส่วนที่ใช้งานได้จริงในแอปพลิเคชันขั้นสุดท้ายหรือไม่ หรือยังคงต้องพอใจกับบทบาทเล็กๆ น้อยๆ ของต้นแบบที่พร้อมใช้งานได้อย่างรวดเร็ว เราเชื่อมั่นในประสิทธิภาพของวัสดุของเรา: ส่วนประกอบที่ผลิตขึ้นโดยใช้สารเติมแต่งซึ่งทำจากพลาสติก iglidur ® นั้นใช้เป็นชิ้นส่วนชุดที่ใช้งานได้จริงใน แอปพลิเคชันอื่นๆ มากมายโดยลูกค้าของเรา