3D列印產業應用
中央蘭開夏大學：外骨骼的 3D 打印獲獎醫學研究
在過去的幾年裡，中央蘭開夏大學 (UCLan) 的高級講師 Matthew Dickinson 博士參與了“首席工程師麥克羅伯特獎章”的評選。通過這一舉措，Matthew 與一名當地學生合作，使用 Ultimaker S5 進行研究，該 Ultimaker S5 後來在聯合國 COP26 會議上得到認可。
Matthew 堅信鼓勵年輕人跳出框框思考，是該獎項的熱心倡導者，該獎項旨在表彰年輕人的創新，將他們與大學聯繫起來，將他們的想法變為現實。當來自伯恩利約翰瑟斯比爵士社區學院的 15 歲學生 Krystyna Marshall 帶著幫助兒童行動的想法參加比賽時，馬修知道這個想法很特別。
Krystyna 在看到她患有脊髓性肌萎縮症 (SMA) 的堂兄的掙扎後提交了她的想法。Krystyna 想要想出一個主意，為她表妹的背部肌肉和脊柱提供支撐和額外力量。Krystyna 提出了一種基於外骨骼理念的脊髓性肌萎縮症 (SMA) 夾克，她的發明只是贏得金牌的三項發明之一。她是來自英國各地的六人之一，通過該獎項被公認為工程創新領域領先的創造性問題解決者。
挑戰
將 SMA 夾克貼合到人體上會帶來多重挑戰。最初的想法是用鋁製造外骨骼。
然而，當考慮到兒童的生長速度以及由此產生的外骨骼必鬚髮生的變化時，成本變得太高了。為了尋找替代生產方法，Matthew 求助於 3D 打印。通過生產低成本的 3D 打印部件，該技術提供了高水平的定制化和可重複性，使外骨骼夾克成為預防傷害和康復的解決方案。
外骨骼是一種輔助機械裝置，佩戴在外部以輔助運動或防止受傷
Matthew 使用他的 Ultimaker 2+ 打印機設計了他的第一代外骨骼，並開始使用 PLA 製作原型。他的結果既有前途，也為進一步開發提供了靈感，但他能夠設計和打印的幾何形狀受到 Ultimaker 2+ 的單個擠出打印頭的限制。
向前邁進：製作外骨骼原型
為了突破 Ultimaker 2+ 的局限性，Matthew 接觸了 CREATE 教育項目。
CREATE Education 是一家英國經銷商，專門與教育機構合作，以支持和提供 3D 打印和技術的訪問權限。作為他們提供的服務的一部分，他們向 Matthew 介紹了 3D 打印機貸款計劃，這是他能夠升級到 Ultimaker S5 的方式。
Ultimaker S5 提供雙重擠壓，開闢了新的材料組合和可能性，有助於推動項目向前發展。
第二代原型的進展著眼於使用尼龍和 TPU 等多種材料進行 3D 打印。借助 Ultimaker S5，Matthew 開始使用 PLA 內核對這些材料進行試驗，並測試尼龍和 TPU 外殼材料，以找出性能最佳的材料。Matthew 發現他們可以生產出既能貼合人體又能提供剛性的組件，因為外部柔軟而內部硬化。
Matthew 目前正在研究第三代原型，並製造出更加時尚的設計。他還對人體進行了第一次支撐下肢的測試，結果非常有希望。
利用 Ultimaker 的生態系統，Matthew 通過 Ultimaker Digital Factory 優化了他的 3D 打印體驗。為他提供遠程打印、創建數字圖書館和從任何位置監控進度的能力。Matthew 能夠在他方便的時間和地點從事該項目。Cura 和數字工廠提供的分析為 Matthew 提供了材料成本和打印時間，使他能夠規劃外骨骼的生產並將成本降低納入新的迭代。
結果
通過使用 Ultimaker S5，Krystyna 改善表妹生活的想法在短短六個月內就從概念和設計轉變為原型製作和製造。Matthew 表示，如果沒有 Ultimaker S5 的可靠性和可重複性與 Ultimaker Digital Factory 軟件相結合，他將無法在如此短的時間內完成該項目。
該項目完成後，Krystyna、Matthew 和他在 UCLan 的團隊在 COP26 上被評為 2021 年首席工程師麥克羅伯特獎章的首屆獲獎者。
Matthew 現在正與 UCLan 的醫學生一起研究細菌如何從人體轉移到外骨骼。該大學生物力學系的教授們也在致力於這個項目，以從人體工程學的角度支持它。他們目前正在研究第三代原型，並製造出更時尚的設計。在支撐下肢的人體上完成了第一次測試後，結果非常有希望，他們很快就會公開這個設計。
用 3D 打印部件製作的輔助設備原型
除了教育領域的工作，Matthew 還是美國材料與試驗協會 (ASTM) 小組委員會的主席。他現在正在建議國際外骨骼標準，以確保外骨骼的製造安全供人類使用。他參與 ASTM 使他能夠與福特、波音、美國宇航局和英國航天局等國際組織進行交流。
通過 Matthew 和 ASTM 的共同努力，外骨骼背後的技術正在向英國和美國的學生介紹和教授。他們的目標是教育和啟發學生了解外骨骼對人類的好處。為此，他們製作了 5 集 10 分鐘的短片採訪行業專業人士，以及設計和構建您自己的外骨骼挑戰。這個挑戰是由 Matthew 提出的，現在這使得將 3D 打印引入學校變得更加容易。
Matthew 希望在不遠的將來看到外骨骼的可及性飆升。他的預測是，每個人都將使用 3D 打印在家中更換零件，以幫助他們減少對等待製造商提供零件的依賴。
如果您有興趣製作自己的骨架，可以在此處下載所有部件。
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