3D打印：以更低成本 生产碳纤维触摸感应仿生手

在世界各地，超过5000万人因创伤原因而遭受截肢。对于从医疗紧急情况中恢复的病人来说，进入假肢的新世界可能是痛苦的。大多数人希望恢复正常生活：开车、在健身房锻炼、在家里打扫卫生。但大多数传统的假肢是粗糙、昂贵和脆弱的。而如今，大约只有10%需要先进假肢的病人能够负担得起。

Psyonic是一家试图颠覆市场的公司，它同时也是Ability Hand仿生手品牌的创造者。该公司采用混合制造方法进行设计和制造，包括3D打印、注塑和硅胶成型以及数控机床，Ability Hand仿生手有望使他们的生活和行动能力恢复原状。

实现更低成本重要的工具：3D打印

Psyonic 的人造手重500克，大约和成人真手的平均重量一致。公司创始人兼首席执行官Akhtar介绍说，大多数假手要比它再重20%左右。Ability Hand包含六个安装在碳纤维外壳中的电机。它有硅胶手指、电池组和放置在患者残肢上的肌肉传感器。如果患者肘部以下截肢，两个肌肉传感器也可以放置在他/她完整的前臂肌肉上。人们能够使用这些传感器来控制手的运动和抓握。

越来越多的大公司和小公司都转向内部3D打印，以帮助制作原型并将新产品推向市场。在医疗设备制造等前期研发成本较高的领域，3D打印已成为工程团队工具箱中的重要工具。Aadel Akhtar认为：“凭借3D打印技术，不仅改变了我们的业务模式，也改变了整个行业的游戏规则。对于90%买不起先进假肢的患者来说，它们是遥不可及的。”

Psyonic使用了Formlabs的Fuse 1选择性激光烧结（SLS）3D打印机。该过程涉及快速原型制作，然后是更改迭代，并以相对较低的价格和小批量生产零件。

真正的下一代假肢需要快速响应用户输入，坚固耐用，在日常任务中不会断裂，重量轻，不会让用户感到疲劳和手臂抽筋，并提供真实的感官反馈。在开发工程中，该公司通过广泛收集用户反馈，然后进行内部快速原型设计，以增强设计和功能。

“我认为，混合和匹配制造方法对初创公司来说极其重要，但对Psyonic来说尤其如此。如果我们必须遵守纯粹的传统制造，我们就不可能与其他像我们这样规模的假肢公司竞争。随着3D打印的出现，我们已经能够快速原型化，改变迭代，以低规模、低成本生产产品。3D打印，尤其是Formlabs 3D打印机，对我们这样规模的初创公司的开发过程至关重要。”

内部碳纤维模具

碳纤维是一种强大的材料，因为它在减轻重量的同时提高了Ability Hand的整体耐用性和刚度。然而，传统模具价格昂贵，因此禁止迭代和创建适当数量的模具用于小批量生产。但今天，公司不必在增材制造和传统数控机床之间做出选择，他们可以简单地同时做这两件事。

Akhtar说：“碳纤维在减轻重量方面发挥了巨大作用。除了重量轻，碳纤维还增强了塑料的强度。”
公司首席机械工程师解释道： “在碳纤维模具的早期迭代中，SLA 3D打印实际上非常重要。例如，我们没有资源通过机械加工生产碳纤维模具。因此，我们所做的是使用高温树脂生产模具。这很脆弱，但耐热，这使我们能够将碳纤维板压制成我们想要的确切形状把它们放在烤箱里高温处理，然后把它们附着在我们的手上。”

用于制造碳纤维零件的3D打印模具可以降低成本并缩短交付周期。工程师可以在几个小时内以低成本直接打印模具，而无需手工雕刻或处理数控设备。有了高温树脂和刚性10K树脂，Psyonic等不断发展的医疗器械公司可以实现复杂的模具形状和精细的细节，而传统方法很难制造。

首席机械工程师部署了高温树脂来创建多个模具，并在进行设计时进行了经济实惠的测试。他表示，“如果我们不喜欢这个形状，我们只需要在CAD中更改它，然后再把它放在3D打印机上，再制作一个高温树脂块，我们很乐意迭代。为了长期的可持续性，我们最终转向了加工模具，但对于早期的原型制作和短期测试，Form 3打印机上的高温树脂真的很有用。高温树脂的热变形温度（HDT）为238°C@0.45 MPa，能够承受热压罐的热量和压力。

来源：荣格-《国际复材技术商情》

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