殘奧會(huì)如何使用3D打???
魔猴君 知識(shí)堂 103天前
體育運(yùn)動(dòng)適合所有人,因此無論個(gè)人條件和限制如何,都應(yīng)該讓每個(gè)人都可以參與。然而,運(yùn)動(dòng)通常與表現(xiàn)聯(lián)系在一起,為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),身體健康被錯(cuò)誤地視為基本要求。事實(shí)并非如此,正如所有殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員所證明的那樣,盡管他們個(gè)人有限,但在某些情況下,在包括3D打印在內(nèi)的技術(shù)手段的幫助下,他們?cè)跉垔W會(huì)期間向公眾展示了非凡的體育表現(xiàn)。游戲。
殘疾運(yùn)動(dòng)員的體育運(yùn)動(dòng)和協(xié)會(huì)已經(jīng)存在了100多年。路德維?!す盘芈?Ludwig Guttmann)博士在斯托克曼德維爾醫(yī)院建立了脊髓損傷治療中心,并利用體育比賽來幫助受傷士兵康復(fù),為我們今天所知的殘奧會(huì)做出了重大貢獻(xiàn)。斯托克曼德維爾運(yùn)動(dòng)會(huì)是殘奧會(huì)的起源,殘奧會(huì)于1984年得到國際奧委會(huì)的正式認(rèn)可?!癙ara”一詞源自希臘語“旁邊”,暗示奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)同時(shí)存在并同時(shí)舉行。邊
圖1 殘奧會(huì)的歷史可以追溯到20世紀(jì)斯托克曼德維爾運(yùn)動(dòng)會(huì)期間(照片來源:Simon Bruty,OIS-CIO)
殘奧會(huì)期間,患有不同身體和認(rèn)知障礙的運(yùn)動(dòng)員參加比賽,并根據(jù)殘疾類型分為不同的組。每個(gè)學(xué)科還有分級(jí)制度,保證公平競爭。參加同一類別比賽的運(yùn)動(dòng)員必須在運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)和平衡方面具有相似的功能能力。
在剛剛結(jié)束的巴黎2024年夏季殘奧會(huì)上,4,400名運(yùn)動(dòng)員在22個(gè)不同的體育項(xiàng)目中角逐獎(jiǎng)牌。運(yùn)動(dòng)員及其成就一直備受關(guān)注,但他們的同伴,即技術(shù)輔助工具,也發(fā)揮了作用。得益于現(xiàn)代技術(shù),殘疾人運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出越來越多的創(chuàng)新和技術(shù)新穎性,使運(yùn)動(dòng)員能夠超越自己的極限。
圖2:2024年巴黎殘奧會(huì)(圖片來源:Olympics.com)
殘奧會(huì)3D打印
殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)不同程度地依賴技術(shù)輔助。無論是輪椅、假肢還是運(yùn)動(dòng)器材,技術(shù)進(jìn)步正在幫助運(yùn)動(dòng)員超越極限,發(fā)展殘奧運(yùn)動(dòng)。
“運(yùn)動(dòng)是最好的良藥,”前德國田徑運(yùn)動(dòng)員、多屆殘奧會(huì)獎(jiǎng)牌獲得者海因里?!げú?Heinrich Popow)說道。同時(shí),他強(qiáng)調(diào)了技術(shù)在殘奧運(yùn)動(dòng)中的重要性?!笆褂幂o助設(shè)備本身就是一項(xiàng)運(yùn)動(dòng),”波波先生說。因此,他主張將奧林匹克運(yùn)動(dòng)與殘奧運(yùn)動(dòng)分開,后者依賴技術(shù)輔助,因此追求自己的極限和目標(biāo)表現(xiàn)?!斑@就是殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)的美妙之處。我們注意到,表演的密度越來越大,因?yàn)轶w育運(yùn)動(dòng)是以表演為導(dǎo)向的,”Popow先生強(qiáng)調(diào)道。
不同技術(shù)的結(jié)合經(jīng)常被用來超越性能極限,這使得殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員能夠練習(xí)新的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,同時(shí)也能夠在當(dāng)前的學(xué)科中獲得新的可能性。例如,3D打印與3D掃描和設(shè)計(jì)優(yōu)化等其他技術(shù)相結(jié)合,可以幫助改善人體工程學(xué)、移動(dòng)性和舒適度,從而促進(jìn)比賽和訓(xùn)練中的最佳表現(xiàn)。這就是為什么越來越多的運(yùn)動(dòng)員開始接受3D打印的好處,在過去的幾年里,我們?cè)跉垔W會(huì)上看到了越來越多的3D打印輔助器材,當(dāng)然包括尖端的假肢和矯形器,但也自行車比賽中的設(shè)備,例如符合人體工學(xué)的握把和手套。
圖3:瑞士選手Flurina Rigling穿著3D打印鞋參加巴黎殘奧會(huì)(照片來源:Tobias Lackner)。
穿著3D打印鞋參加2024年巴黎夏季殘奧會(huì)自行車比賽的瑞士運(yùn)動(dòng)員Flurina Rigling(已于8月29日獲得銅牌)總結(jié)了3D打印為運(yùn)動(dòng)員帶來的好處:“這項(xiàng)創(chuàng)新幫助我很多,”里格林說?!澳阋胂笠幌拢阂郧埃抑挥幸恢黄ば?。一旦濕了,我必須先讓它干燥。如今,3D打印鞋子的生產(chǎn)速度相對(duì)較快,而且比舊鞋子輕得多。這對(duì)我來說有很大的不同。?
事實(shí)上,越來越多的高性能材料可以使用3D打印工藝進(jìn)行加工,這也提高了運(yùn)動(dòng)員的舒適度。例如,多材料打印可用于生產(chǎn)具有軟質(zhì)和硬質(zhì)部件的組件。3D打印的其他好處包括個(gè)性化和高度定制。打印的物品可以進(jìn)行測(cè)量,然后完美地適應(yīng)相關(guān)人員;另一方面,如果人的需求在受傷后發(fā)生變化,它們也可以很快適應(yīng)。
鑒于運(yùn)動(dòng)員的輔助工具和零件種類繁多,可以使用各種3D打印工藝和材料也是理所當(dāng)然的。這就是為什么維修服務(wù)中心擁有大量的現(xiàn)場技術(shù)資源來進(jìn)行維修。特別是在工藝方面,我們發(fā)現(xiàn)了FDM、SLS和MJF。
FDM 3D打印主要用于零件原型設(shè)計(jì)和測(cè)試,以確保插座能夠完美貼合運(yùn)動(dòng)員(因?yàn)樘o或太松都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響)。相比之下,對(duì)于許多運(yùn)動(dòng)員直接使用的假肢來說,MJF 3D打印和SLS是為殘疾人運(yùn)動(dòng)制造高性能部件的熱門選擇。
圖4:假肢現(xiàn)在通常由3D打印機(jī)制成(照片來源:Autodesk)
這讓我們想到了材料。正如您所料,所使用的材料根據(jù)制造的零件而有很大差異。可以使用3D打印的標(biāo)準(zhǔn)材料,例如尼龍和ABS,特別是對(duì)于原型而言,但碳纖維增強(qiáng)材料更常用于最終零件。事實(shí)上,在復(fù)合材料部件中,增強(qiáng)纖維(包括CF和GF)可以專門或連續(xù)地集成到熱塑性基體中。在3D打印中,增強(qiáng)纖維可以精確放置,這意味著可以專門定制零件的剛度,同時(shí)可以打印輕質(zhì)零件。此外,還采用了金屬3D打印。例如,鈦用于打印個(gè)性化假肢,這些假肢比標(biāo)準(zhǔn)假肢堅(jiān)固得多。
新西蘭殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員安娜·格里馬爾迪(Anna Grimaldi)使用3D打印的鈦假肢安全舉起了50公斤的重物。方法和材料的選擇通常取決于具體情況,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員優(yōu)先考慮性能和舒適度。有時(shí),不同技術(shù)(數(shù)控、注塑成型、3D打?。┑慕M合被用來為運(yùn)動(dòng)員創(chuàng)造最佳解決方案。然而,近年來的大量例子表明,3D打印在殘奧會(huì)上正在取得進(jìn)展。
用于現(xiàn)場維修的3D打印
在這方面還應(yīng)該提到維修。強(qiáng)力、外部沖擊、跌落可能會(huì)導(dǎo)致所有運(yùn)動(dòng)器材的磨損、損壞和零件斷裂。3D打印可以根據(jù)損壞的程度進(jìn)行快速修復(fù),甚至可以直接在現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)。
這就是為什么殘奧會(huì)設(shè)有專門的維修車間——奧托博克技術(shù)維修服務(wù)中心。奧托博克是國際殘奧委員會(huì)(IOC)的長期合作伙伴,自1988年首爾奧運(yùn)會(huì)以來一直為巴黎的運(yùn)動(dòng)員提供支持,其國際團(tuán)隊(duì)由164人組成。除了位于奧運(yùn)村內(nèi)的720平方米的主車間外,體育設(shè)施內(nèi)還有14個(gè)較小的車間。主車間包括焊接車間、縫紉車間、制鞋車間、特種熱塑性塑料部門,以及3D打印機(jī)和3D掃描儀。
圖5:奧托博克維修中心開展各種維修工作,包括使用3D打印機(jī)進(jìn)行維修(照片來源:3Dnatives)
就像一級(jí)方程式賽車中的進(jìn)站一樣,運(yùn)動(dòng)員帶著損壞的部件和疑慮來到車間,并可以依靠現(xiàn)場團(tuán)隊(duì)使用修復(fù)后的設(shè)備準(zhǔn)時(shí)開始比賽。巴黎工作室的技術(shù)總監(jiān)兼奧托博克骨科技術(shù)大師Julian Napp強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)代技術(shù)的重要性:“新的數(shù)字化可能性使我們能夠更快地幫助運(yùn)動(dòng)員。在殘奧會(huì)期間,時(shí)間對(duì)于運(yùn)動(dòng)員和我們技術(shù)人員來說都是一個(gè)關(guān)鍵因素。然而,研討會(huì)的成功因素仍然是團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)。創(chuàng)造力、解決方案導(dǎo)向和經(jīng)驗(yàn)與最新技術(shù)相結(jié)合,是我們?yōu)檫\(yùn)動(dòng)員提供的支持。?
正如奧托博克全球活動(dòng)、展覽和體育主管Peter Franzel在新聞發(fā)布會(huì)上解釋的那樣,自2021年東京奧運(yùn)會(huì)以來,奧托博克也一直在現(xiàn)場使用3D打印機(jī)。在巴黎,該團(tuán)隊(duì)擁有Cosmyx和Markforged的3D打印機(jī),可以直接在現(xiàn)場生產(chǎn)模型和最終零件。此外,自東京會(huì)議以來,3D打印的使用不斷增長,從單一的測(cè)試機(jī)器發(fā)展到目前的運(yùn)行。
“我們可以在現(xiàn)場打印、掃描并安裝試用插座(用于假肢)。例如,如果存在生長、疤痕等,仍然可以修改試驗(yàn)插座。必須考慮在內(nèi)。然后再次掃描建模的插座以獲得最終形狀。然后將掃描結(jié)果發(fā)送到格勒諾布爾(奧托博克的法國同事)并使用粉末打印工藝進(jìn)行打印。”當(dāng)被問及3D打印的具體應(yīng)用示例時(shí),F(xiàn)ranzel評(píng)論道。
圖6:奧托博克維修中心現(xiàn)場配有3D打印機(jī)和手持掃描儀。(照片來源:3Dnatives)
奧托博克迄今為止收到的維修訂單中,56%主要涉及輪椅,其余為假肢和矯形器。在東京,奧托博克總共完成了2,200次維修;巴黎殘奧會(huì)上,維修中心超過了這個(gè)數(shù)字。奧托博克維修中心的速度和技術(shù)范圍對(duì)于運(yùn)動(dòng)員來說至關(guān)重要,以便他們?cè)谳o助設(shè)備突然損壞時(shí)得到最好的護(hù)理,并能夠完全專注于自己的表現(xiàn)。
我們無法通過3D打印直接參與運(yùn)動(dòng)員的表演。但事實(shí)上,我們可以快速掃描、建模和制造,這意味著我們也可以快速為運(yùn)動(dòng)員供貨。當(dāng)然,這使他們能夠更好地專注于他們的運(yùn)動(dòng)并完成他們的訓(xùn)練課程。與傳統(tǒng)方法不同,運(yùn)動(dòng)員試衣需要先打石膏,然后再試衣,因此需要很長時(shí)間。這是我看到3D打印最大影響的地方。–Leon Fiolka,奧托博克首席產(chǎn)品官
3D技術(shù)提供了許多可能性,現(xiàn)場3D打印對(duì)許多運(yùn)動(dòng)員來說非常有用?!胺评怂埂に固乩蕘淼轿覀兊男迯?fù)中心,想要對(duì)他的殘肢進(jìn)行掃描,”目前在殘奧運(yùn)動(dòng)員村修復(fù)中心工作的萊昂·菲奧爾卡(Leon Fiolka)說道:“他很高興我們現(xiàn)在有機(jī)會(huì)掃描他的殘肢就在現(xiàn)場,因?yàn)檫@使他免于飛往德國。另一個(gè)成功案例是我們?cè)O(shè)計(jì)的輪椅的小型3D打印替換部件,因此剎車再次起作用,運(yùn)動(dòng)員能夠在街道上安全地駕駛?cè)粘]喴巍?
Heinrich Popow還強(qiáng)調(diào)了維修中心及其技術(shù)可能性對(duì)運(yùn)動(dòng)員的價(jià)值,并講述了一個(gè)關(guān)于比賽前發(fā)生的損壞的軼事:“我在倫敦獲得的金牌也歸功于奧托博克的維修服務(wù),沒有他們我就不可能獲得金牌?!睆膩頉]有獲得過金牌!“
圖7:輪椅是修復(fù)工作的重要組成部分(照片來源:奧托博克)
殘奧會(huì)的應(yīng)用
現(xiàn)在是時(shí)候更具體地了解3D打印在殘奧會(huì)上的應(yīng)用了。總體來說,3D打印在殘奧運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用可以分為兩類:假肢矯形器和工具。這兩個(gè)類別的區(qū)別在于,一個(gè)類別集成到運(yùn)動(dòng)員的身體中,而另一個(gè)類別可以被視為運(yùn)動(dòng)員裝備的一部分。
第一個(gè)例子是參加2016年里約殘奧會(huì)的德國自行車運(yùn)動(dòng)員丹尼斯·辛德勒(Denise Schindler),她使用了3D打印假肢,該假肢是在Autodesk的幫助下使用數(shù)字化和3D打印技術(shù)制造的,因?yàn)樗绕渌僦p14%。碳纖維部件同時(shí)保持相同的強(qiáng)度。此外,生產(chǎn)時(shí)間也顯著縮短。使用傳統(tǒng)方法制造假肢大約需要12周時(shí)間,而增材制造制造的假肢只需48小時(shí)即可打印出來。結(jié)果,她獲得了銅牌和銀牌,并因殘奧會(huì)使用的第一個(gè)3D打印假肢而進(jìn)入吉尼斯世界紀(jì)錄。
圖8:憑借3D打印假肢,丹尼斯·辛德勒(Denise Schindler)在2016年榮獲銅牌和銀牌(照片來源:Autodesk)。
這并不是唯一的例子。美國運(yùn)動(dòng)員邁克·舒爾茨在失去一條腿后無法再參加極限摩托車和雪地摩托比賽,因此轉(zhuǎn)向了殘疾人滑雪板。但他需要一種獨(dú)特的假肢,能夠承受劇烈運(yùn)動(dòng)活動(dòng)的壓力。這就是3D打印發(fā)揮作用的地方。
Stratasys能夠使用TPU 92A幫助制造具有兩個(gè)不同關(guān)節(jié)的假肢(舒爾茨的腿已在膝蓋以上截肢)。這種材料不僅用于最終零件,而且還有助于設(shè)計(jì)過程,因?yàn)樵霾闹圃炜梢詫?shí)現(xiàn)更快的迭代,有助于滿足Mike Schultz的不同要求。最終,他憑借假肢在殘奧會(huì)上奪得了金牌和銀牌。
矯形器也可以發(fā)揮作用。拉脫維亞輪椅擊劍運(yùn)動(dòng)員波琳娜·羅茲科娃在里約殘奧會(huì)之旅中面臨著設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。然而,Stratasys能夠創(chuàng)建一個(gè)定制的3D打印背托,她可以在訓(xùn)練和比賽期間使用。3D打印可以為他的下背部制作定制的背部矯形器,以限制身體活動(dòng)期間的任何不適或緊張。該矯形器由尼龍12制成,保證其輕便性和靈活性。
工具呢?這些部件經(jīng)常用于殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員的裝備,但不一定集成到他們的身體中。這是增材制造真正開始大放異彩的領(lǐng)域之一。
例如,2014年,德國冬季兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員Martin Fleig憑借3D打印的“雪橇”參加索契冬季殘奧會(huì)而成為頭條新聞。他與弗勞恩霍夫研究所合作開發(fā)了這款坐式滑雪雪橇,作為“暴風(fēng)雪”項(xiàng)目的一部分。該賽車機(jī)器通過3D設(shè)計(jì)和打印完美適應(yīng)馬丁的身體。他使用他的最后一臺(tái)賽車獲得了第九名,該賽車由3D打印、由PA12和粘合鋼絲制成。
圖9:Martin Fleig在他的3D打印“雪橇”上(照片來源:Fraunhofer IWM)
其他示例包括由建模與仿真中心(CFMS)為英國退伍軍人、殘奧會(huì)滑雪運(yùn)動(dòng)員達(dá)倫·斯威夫特(Darren Swift)開發(fā)的3D打印滑雪板固定裝置。它們由玻璃增強(qiáng)尼龍制成,使他在2022年中國奧運(yùn)會(huì)上比競爭對(duì)手更具優(yōu)勢(shì)。英國殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員喬·湯森(Joe Townsend)也使用3D打印在他的賽車上制作定制零件,而殘奧會(huì)殘奧會(huì)冠軍艾瑪·威格斯(Emma Wiggs MBE)則使用3D打印。2020年,她設(shè)計(jì)了一款完美貼合她雙手的球拍,幫助她再奪一枚殘奧會(huì)金牌,并在2020年東京奧運(yùn)會(huì)上創(chuàng)下了57.028秒的紀(jì)錄。
觀察到的另一個(gè)趨勢(shì)是3D打印手套。Joe Townsend、Tatyana McFadden和Arielle Rausin都使用3D打印來制造更耐用的手套,這些手套可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的手部進(jìn)行塑形,并根據(jù)他們的個(gè)人需求進(jìn)行定制。這些手套特別適合輪椅比賽,麥克法登女士在2024年巴黎殘奧會(huì)期間使用了她的手套。
圖10:塔蒂亞娜·麥克法登(Tatyana McFadden)將佩戴3D打印手套參加2024年殘奧會(huì)(照片來源:Olympics.com)
現(xiàn)在你就擁有了!3D打印正在逐漸幫助改變殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目,成為運(yùn)動(dòng)員利用身體超越人類極限的工具。2024年奧運(yùn)會(huì)于昨天結(jié)束,這是慶祝增材制造在體育運(yùn)動(dòng)中應(yīng)用的一次盛會(huì)。
來源:3dnatives