Протез ноги стає частиною тіла, тому при проектуванні приділяють увагу як його функціональним характеристикам, а й естетичним . Як створюються прототипи , адаптовані до фізичних характеристик людини ? За рахунок чого протез ноги перетворюється на стильний аксесуар ? Ця стаття про те, як 3D-друк та вакуумне формування допомагають поєднати в протезах ніг корисні функції та красу .
У студії промислового дизайну КЛОНУ створюють робочі моделі , які допоможуть людині залишатися активною , залученою та стильною . Замовте у нас найкращий протез ноги, який імітуватиме функції недостатньої кінцівки, і при цьому нікого не злякає.
Зміст
Виробництво протезів ніг: 12 кроків
1. Оглядаємо позиції .
З’ясовуємо, яка мотивація , наприклад, естетика , можливість подорожувати чи займатися спортом , а також чи є захворювання , які не дозволять носити протез довго.
2. Підбираємо комплектуючі .
Вибираємо конструкцію майбутнього протеза ноги, метод кріплення та матеріали . На рішення впливають стан кукси та м’язового тонусу , а також наявність алергії . Якщо використовується силіконовий чохол, то підбираємо його модель і товщину , а потім обговорюємо, чи буде текстильне покриття і який спосіб фіксації .
3. Підбираємо тип колінного модуля, якщо ампутація вища за коліно.
4. Знімаємо гіпсовий зліпок з кукси.
5. Виготовляємо пробну гільзу.
6. Робимо попереднє складання.
7. Приміряємо .
Точність складання перевіряємо у статиці та динаміці. Регулюємо висоту.
8. Навчаємо .
Людина вчиться одягати протез і впевнено на ньому пересуватися.
9. Тестуємо.
Перевіряємо роботу протезу у повсякденних умовах.
10. Розбираємо польоти.
Обговорюємо зауваження , виявлені в тестовому режимі, коригуємо якісь налаштування, а потім остаточно допрацьовуємо протез.
11. Створюємо постійну гільзу.
За бажанням наносимо малюнок .
12. Розробляємо покриття протезу.
Поговоримо про те, як виготовляються косметичні оболонки , що приховують металеві частини протезу , і при цьому повністю дублюють форму здорової ноги. А також про створення гільзи , яка буде зручною вже на першій примірці.
Як роздрукувати протез ноги з природною формою: 3 кроки
Протез , надрукований на 3D-принтері – це реалістичне покриття , яке оточує металевий стрижень та повторює форму втраченої ноги.
Щоб створити покриття , що ідеально відповідає кінцівці, спочатку знімають мірки , а потім виготовляють прототип і виконують постобробку .
3D-сканування
Вимірювання виконуються сканером. Скан — це хмара точок , яка є заготовкою для моделювання твердого тіла. По можливості скануються обидві ноги – здорова та пошкоджена .
Лінійка 3D-сканерів EinScan Pro сканує людську ногу за кілька секунд.
Останні технології дозволяють знімати мірки з протезу віддалено . За ними розробляють накладки з точністю 99% .
Після сканування дані обробляються та налаштовуються для 3D-друку .
3D-моделювання
3D-прототип протезу створюється за розмірами та формою здорової ноги. Цей етап трудомісткий. Завдання – з двох хмар точок, отриманих після сканування здорової та травмованої ніг, створити 3D-модель , що враховує всі побажання клієнта. Якщо нога одна, то після сканування створюють файл дизайну , зробивши дзеркальне відображення здорової ноги.
Рішення:
- твердотільне 3D- моделювання обох ніг у програмному комплексі САПР для розробки виробів SolidWorks ;
- модель здорової кінцівки віддзеркалюється , робляться поправки на висоту;
- від дзеркальної ноги віднімається об’ємна модель пошкодженої ноги, з урахуванням допусків для дихання шкіри.
Якщо дані були отримані з 3D-сканера EinScan-Pro , вони експортуються в Geomagic Essentials – програмне забезпечення для перенесення вимірів сканування на платформу CAD . Обробка ведеться у програмі Solid Edge , яка призначена для зворотного проектування 3D-сканів.
3D-модель майбутнього протезу відправляється замовнику разом із бібліотекою шаблонів . Вибраний шаблон стане основою для покриття обтікаючого протеза.
Розробити та створити 3D-модель кріплень для протеза можна у програмі SolidWorks , а потім інтегрувати в основну 3D-модель .
3D-друк
Після того як дизайнер і замовник узгодять дизайн , остаточний файл у цифровому вигляді відправляється до друку .
Це завершальна стадія. Білий пластик PA 2200, він же поліамід , – ідеальний для протеза, який буде використовуватися часто , тому що він легкий та міцний .
При виробництві протезів з поліаміду використовується технологія вибіркового лазерного спікання, коли лазер нарощує об’ємну модель у необхідних місцях.
Після примірки протезу аналізуються:
- як працюють кріплення ;
- чи сів корпус по нозі;
- чи потрібна прошарок між куксами і протезом, оскільки кінцівка потіє;
- шорсткість текстури матеріалу.
Перший прототип повністю друкується на 3D-принтері, а потім виконується постобробка , щоб протез виглядав завершеним.
Розробка концепції дизайну оболонок протезів, 3D-друк
Контур-кавери
Виготовляють за знятими мірками, вага 400 г .
При розробці важливо:
- вивчити конструкцію протеза;
- продумати, як закріпити контур-кавер, щоб він нізащо не чіплявся і не заважав штучній кінцівці згинатися;
- простежити, щоб частина, що імітує литковий м’яз, не знаходилася низько , оскільки це виглядає неприродно.
Концепція: носіть протези як модний одяг, міняйте як годинник та стільникові телефони.
Такий чохол візуально робить протез ноги стильним аксесуаром , схожим на сучасний гаджет .
У моделях, де наноситься графіка , застосовують особливу фольгу . Поверхня часто роблять сітчастою для вентиляції .
Завдяки естетичному покриттю , яке одягається на протез і формує форму ноги, можна носити сукню та вузькі джинси . Виготовлено чотири конструкції сердечника: ребристий, суцільний, з ромбоподібними та циліндричними отворами.
Фішка : замість рідкої смоли застосовують пластиковий порошок , сплавлений лазером . Це робить матеріал міцним .
Протез ноги Art4Leg
Концепція Art4Leg є красиві і кастомізовані оболонки.
Фішка : чохол кріпиться до протезу ноги сильними магнітами , тому його можна фіксувати або знімати за кілька секунд. Магніти щільно утримують передню та задню панелі.
Протез ноги Alleles Design Studio
Канадська студія Alleles Design Studio розробила колекцію накладок для протезів ніг, які відновлюють силует людини. У цих чохлів є природна форма. Візерунки і кольори підбирають такими, що поєднуються з одягом .
Незвичайні протези ніг, 3D-друк
Накладки перетворюють протез на щось дивовижне не лише за допомогою візерунків, графіки та татуювань, але й за рахунок матеріалів – це може бути шкіра , балістична нейлонова тканина та хромування .
Мета дизайнера – надати протезу унікальності . Стилі – від середньовічного до високих технологій.
Корпус виготовлений з нейлону та смоли . Щоб створити каркас, який легко одягається, дизайнери працюють із 3D-сканами.
Читайте також: Чому біонічні протези ніг цікавіші за механічні: промисловий дизайн
Створення протезів ніг: приклади
Протез ноги фірми Bespoke Innovations, 3D-друк
Мета розробки – поєднати надійну конструкцію та користувальницький дизайн .
Промисловий дизайнер Скотт Саміт друкує красиві протези на 3D-принтері .
Точна графічна модель протеза створюється на програмному забезпеченні для двовимірних та тривимірних креслень. Це GeoMagic – програма для переходу від 3D-скану до CAD-моделей , а також Pro/Engineer Creo – повнофункціональна САПР для розробки віртуальних моделей.
Протез виготовляється із застосуванням 3D Systems Selective Laser Sintering – технології друку, при якій шари матеріалу сплавляються в деталь лазером .
Нога була надрукована на основі сканування здорової ноги на протилежному боці тіла, а також додаткових біометричних даних. У цієї штучної кінцівки один шарнір для коліна , через що складання деталей надійніше.
Фішка : колінний стрижень оточують 36 керамічних підшипників , тому вся нога водонепроникна .
Коліно блокується вбудованим ремінним гальмом . Матеріал протеза – Duraform EX Black, поліамід .
Протез стопи Upya, 3D-друк
3D-друковані деталі можна зібрати менш як за п’ять хвилин, а також адаптувати під пацієнта. Матеріали : армований поліамід , скловолокно, алюміній та пінополіуретан.
Дизайн протезу стопи заснований на біомімікрії . Його мета – забезпечити комфортні відчуття при ходьбі. Набір лез, пружина та система амортизації імітує сухожилля та м’язи, щоб відтворити енергію та динаміку людського кроку.
У формі виявлені кісточки, п’яти і пальці ніг, які потім можна укласти в кожух .
Екзопротез ноги, 3D-друк
Така нога – альтернатива традиційному роботизованому протезу за рахунок технологій 3D-сканування , моделювання та друку . Створений титановий екзоскелет точно відтворює форму ампутованої кінцівки .
За допомогою технології FitSocket аналізуються тканини ноги. Вимірювання проводяться з точністю до міліметра .
3D-сітчаста модель протеза поєднується зі стандартними механізмами всередині екзопротезу.
Щоб персоналізувати протези, виконують візерунки з легкої, але міцної сітанки титану , колір якої людина вибирає сама. Для зменшення ваги каркас порожнистий , його можна покрити силіконом .
Роздрукований як єдиний 3D-екзоскелет, протез відразу готовий до збирання . За допомогою з’єднувачів , надрукованих на 3D-принтері , стандартні компоненти протеза вставляються в ногу та надійно кріпляться .
Стильний протез ноги від Bespoke Innovations, 3D-друк
Стиль цього покриття – чорний мереживний візерунок спереду та блискуча хромована спинка. Нозі повернуто природну форму , а дівчина може знову носити спідниці та сукні, а також змінювати різні обтічники залежно від настрою, активності чи одягу.
На 3D-принтері можна роздруковувати тривимірні моделі з пластику , гіпсу або металу . Отриманий протез підійде людині за розмірами , при цьому буде зручним та красивим.
Біонічний протез руки: промисловий дизайн для повноцінного життя
Вакуумне формування протезів ніг
При формуванні накладка виходить легше , міцніше і потребує меншої обробки, ніж при 3D-друку.
Технологія: листовий пластик розігрівається, потім витягується навколо матриці під впливом всмоктування, і в результаті набуває заданої форми.
За такої технології накладки роблять з листового пластику , а додаткові деталі та кріплення роздруковують. Потім на обтічник наносять фарбу та текстуру . Дизайн беруть з каталогу або розробляють на замовлення, наприклад, можна зробити підсвічування .
Головний етап виробництва протезів ніг при вакуумному формуванні – це створити матрицю . Для цього фрезерують заготовки з алюмінію або MDF-листів (Medium Density Fiberboard). Для зменшення витрат матриці друкують на 3D принтері, а також створюють лінійку розмірів.
Етапи виробництва:
- створення комп’ютерної моделі протеза;
- накладання дизайну на 3D-модель;
- виготовлення матриці накладки;
- формування та вирізування деталей з листового пластику;
- роздрук деяких деталей на 3D-принтері ;
- збирання готової накладки.
Створення гільзи протеза ноги, 3D-друк
Для захоплення кукси пацієнта використовується лазерний сканер та комп’ютерна томографія . Дані DICOM з КТ перетворюються на 3D-структуру в програмному забезпеченні InVesalius , а потім порівнюються з даними, отриманими від лазерного сканера. Файли з розширенням *.stl імпортуються до програми САПР . Тепер можна розпочати проектування , засноване на анатомічних даних пацієнта.
Конструкція розтрубу тестується за допомогою FEM-аналізу . Так можна переконатися в механічній міцності гільзи, надрукованої на 3D-принтері, до того, як її отримає пацієнт.
Після завершення тестів гільза друкується на 3D-принтері, наприклад, SLS HiQ. Потім гільза поєднується з повним протезом.
Така гільза зручна з першої примірки – потрібно відрегулювати єдиний гвинт .
Для друку гільз також підійде 3D-принтер Squirt Shape .
Підсумки
3D-друк робить протезування дешевше , а індивідуальну постобробку та налаштування – легше і доступніше . У найпростіших випадках людина може роздрукувати штучну кінцівку сама. Потрібна модель завантажується з інтернету, а потім підганяється під свої параметри.
3D-технології дозволяють створювати легкі , міцні та зручні корпуси , а також гільзи протезів ніг, які точно відповідають замірам . Крім накладок і гільз на 3D-принтері роздруковують додаткові деталі протеза: муфту , опору, розетку , що всмоктує, а також добре підігнані вкладиші . Цікавою є конструкція вкладишів: дві форми ковзають, а силіконовий матеріал заповнює порожнечі між ними. Це для тих, у кого нетипова форма кукси або чутлива шкіра.
Замовте протез у студії промислового дизайну КЛОНУ . Ми розробимо та створимо зручну , міцну та симпатичну штучну кінцівку , яка буде помічником надовго.
