UCLan：使用3D打印外骨骼医学研究屡获殊荣
2022-06-24 17:10
在过去的几年里，中央兰开夏大学 (UCLan) 的高级讲师 Matthew Dickinson 博士参与了“初级工程师麦克罗伯特奖章”。通过该倡议，Matthew 与一名当地学生合作，使用 Ultimaker S5 进行研究，该研究在联合国 COP26 会议上得到认可。
Matthew 坚信鼓励年轻人跳出框框思考，他是该奖项的热心倡导者，该奖项旨在表彰年轻人的创新，将他们与大学联系起来，将他们的想法变为现实。当来自伯恩利的约翰瑟斯比爵士社区学院的15岁学生 Krystyna Marshall 带着一个帮助儿童行动的想法参加比赛时，马修知道这个想法很特别。
Krystyna 在看到她的表弟患有脊髓性肌肉萎缩症 (SMA)后提出了她的想法。Krystyna 想想出一个主意，为她表弟的背部肌肉和脊椎提供支撑和额外的力量。Krystyna 提出了基于外骨骼概念的脊髓性肌肉萎缩(SMA) 夹克，她的发明只是获得金牌的三项发明之一。她是来自英国各地的六人之一，通过该奖项被公认为工程创新领域领先的创造性问题解决者。
Krystyna 与外骨骼模型
挑战
将SMA夹克与人体贴合会带来多重挑战。最初的想法是用铝制造外骨骼。
然而，当考虑到儿童的生长速度以及由此产生的外骨骼必须发生的变化时，成本变得太高了。在寻找替代生产方法时，Matthew 转向了3D打印。通过生产低成本的 3D 打印部件，该技术提供了高水平的定制和可重复性，使外骨骼夹克成为预防伤害和康复的解决方案。
外骨骼是一种外部佩戴的辅助机械装置，用于帮助运动或防止受伤
Matthew 使用他的Ultimaker 2+ 打印机设计了他的第一代外骨骼，并开始使用PLA进行原型制作。他的成果既充满希望，也为进一步发展提供了灵感，但他能够设计和打印的几何形状受到 Ultimaker 2+ 的单个挤压打印头的限制。
向前迈进：外骨骼原型
为了克服 Ultimaker 2+ 的限制，Matthew 接触了 CREATE 教育项目。
CREATE Education 是一家英国经销商，仅与教育组织合作，以支持和提供对3D打印和技术的访问。作为他们提供的一部分，他们向 Matthew 介绍了3D打印机贷款计划，这就是他能够升级到Ultimaker S5 的方式。
Ultimaker S5 提供双重挤压，开辟了新的材料组合和可能性，有助于推动项目向前发展。
第二代原型的发展着眼于使用尼龙和 TPU 等多种材料进行3D打印。对于Ultimaker S5，Matthew 开始使用PLA内芯对这些材料进行试验，并测试尼龙和 TPU 的外壳材料，以找出性能最佳的材料。马修发现他们可以生产出符合人的组件，但由于外部柔软，内部硬化而提供刚性。
马修目前正在研究第三代原型，并制造了更时尚的设计。他还对人体进行了第一次支撑下肢的测试，结果非常有希望。
利用 Ultimaker的生态系统，Matthew 通过 Ultimaker 数字工厂优化了他的3D打印体验。为他提供远程打印、创建数字图书馆和从任何位置监控进度的能力。马修能够在他方便的时间和地点从事该项目。Cura 和数字工厂提供的分析为 Matthew 提供了材料成本和打印时间，使他能够计划外骨骼的生产并将成本降低纳入新的迭代中。
结果
通过使用Ultimaker S5，Krystyna 改善表弟生活的想法在短短六个月内从概念和设计转变为原型制作和制造。Matthew 表示，如果没有Ultimaker S5 与 Ultimaker Digital Factory 软件相结合的可靠性和可重复性，他将无法在如此短的时间内完成该项目。
项目完成后，Krystyna、Matthew 和他在 UCLan 的团队在COP26上被评为2021年初级工程师 MacRobert奖章的首届获奖者。
Matthew 现在正在与 UCLan 的医学生合作，研究细菌如何从人体转移到外骨骼。该大学生物力学系的教授们也在研究这个项目，从人体工程学的角度来支持它。他们目前正在研究第三代原型，并制造了更时尚的设计。在完成了对支撑下肢的人体的第一次测试后，结果非常有希望，他们很快就会展示这种设计。
使用 3D 打印部件制作的辅助设备原型
除了 Matthew 在教育领域的工作外，他还成为美国测试与材料协会 (ASTM) 小组委员会的主席成员。他现在正在为国际外骨骼标准提供建议，以确保安全地制造外骨骼供人类使用。他对 ASTM 的参与使他能够与福特、波音、美国宇航局和英国航天局等国际组织进行交流。
通过 Matthew 和 ASTM 的共同努力，正在向英国和美国的学生介绍和教授外骨骼背后的技术。他们的目标是教育和启发学生了解外骨骼对人类的增强益处。为此，他们制作5集10分钟的短片，采访行业专业人士，同时设计并构建您自己的外骨骼挑战。Matthew 提出了挑战，现在这使得将3D打印引入学校变得更加容易。
Matthew 希望在不远的将来看到外骨骼的可及性飙升。他的预测是，每个人都将使用3D打印来替换家里的零件，以帮助他们减少对等待制造商零件的依赖。
源文摘自：Ultimaker
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