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FDM和拓扑优化可简化3D打印矫形器的数字工作流程

导读: 众所周知,全球许多患者对定制矫形器有着强烈的需求。作为定制矫形器的网络物理设计和3D打印的代表,CYBER团队的使命是利用3D打印和工业4.0制作出更好的踝足矫形器(AFO),更具体地说是为了解决退伍军人的矫形器需求。

众所周知,全球许多患者对定制矫形器有着强烈的需求。作为定制矫形器的网络物理设计和3D打印的代表,CYBER团队的使命是利用3D打印和工业4.0制作出更好的踝足矫形器(AFO),更具体地说是为了解决退伍军人的矫形器需求。据了解,CYBER团队获得了由位于俄亥俄州扬斯敦的3D打印的国家加速器America Makes的资助,其于2016年由Stratasys、密歇根大学和Altair工程公司组建。

目前,用于设计和制造定制矫形器的现有方法对于患者和提供者来说都是耗时的,并且是不准确的。通过用3D打印取代传统方法,除了改进矫形器的功能之外,我们还有可能在O&P领域增加大规模定制和技术的整体采用。

而近日,美国公布了一份关于CYBER团队最新成果的成功故事。

CYBER团队希望将基于云的设计与Stratasys的FDM技术相结合,以应对矫正设计方法中的3D打印耐久性、材料强度、系统集成和吞吐量方面的挑战,并最终简化患者护理,从而缩短矫形门诊的访问时间。

该项目符合ASTM国际材料挤出工艺类别,总预算为200万美元,分为公共和私人资金,其他合作伙伴包括Becker Orthopedic、Standard Cyborg和VA Ann Arbor Healthcare Center;能源部、国家科学基金会和国防部是公众参与者。

根据America Makes的说法,这项工作的目标是创建一个网络-物理融合沉积建模(FDM)生产系统,以便大规模生产个性化矫形器。最终目标是提供“一日访问”,以便患者在评估的同一天获得他们的定制矫形器。为了实现吞吐量和性能要求,需要在AM设计方面取得进步,提供专门的材料、系统改进以及打印多种材料的方法,以提供高质量的矫形器。

通过开发基于优化软件包Altair OptiStruct的3D打印专用功能,CYBER团队希望简化3D设计数字工作流程。OptiStruct使这一目标成为可能,因为它可以数字化验证性能并生成独特的填充模式。Stratasys的工作是利用其FDM技术-特别是其Fortus 400mc 3D打印机,并在材料产品和产量方面做出重大改进。

早在2016年,Mˊs矫形中心和假肢中心的临床/技术总监Jeff Wensman评论道:“根据患者的表现,可以打印不同数量或类型的材料以提供指定的硬度以及允许的灵活区域。这项令人兴奋的技术开辟了一个全新的工具箱,临床医生可以使用它来增强患者的治疗效果。”

提高AFO性能的方法是基于拓扑优化,其根据所需的加载条件,使用自适应稀疏填充模式来平衡增加的沉积速率和有效的工具路径移动与材料的分布。结合制造技术和AM数字设计开发生产定制的AFO,可以使用3D打印来平衡AFO的性能、吞吐量和重量。

由于开发了特定于3D打印的功能,CYBER团队最终成功地创建了数字3D设计工作流程。团队成员能够使用Stratasys FDM技术改进材料和产量,同时建立一个直观的O&P行业特定设计,专注于生产定制的AFO。

America Makes写道,通过开发“3D打印设计”方法,解决并展示了不经济的吞吐量和高材料成本,多种材料沉积以及缺乏临床界面的挑战,并实现了“一天访问”。它提供了力量、重量和吞吐量的平衡。该团队成功完成了技术目标,并证明AM可以对医疗保健行业产生巨大影响,特别是在定制医疗辅助设备领域。

该项目的可交付成果,可通过Digital Storefront向America成员提供,包括:

碳填充(CF)半结晶材料;

TPE/TPU FDM材料;

改进的FDM吞吐量;

用于FDM 3D打印工艺的尼龙12 CF材料;

优化的正弦填充平衡强度和吞吐量(定期);

特定的珠子模式,可以更好地调整正弦填充图案(非周期性);

改进的专用于低模量弯曲细丝材料的输送系统

实践矫形师和O&P技术人员的教育课程;

Washtenaw社区学院3D打印课程;

此外,CYBER团队将重点关注其他制造业进展的目标,包括多材料、下一代材料和多头沉积。

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