Il team CYBER utilizza FDM e l’ottimizzazione della topologia per ottimizzare il flusso di lavoro digitale per gli ortesi stampati 3D
Il team CYBER , che sta per Cyber-Physical Design e Additive Manufacturing di Custom Orthoses, è in una missione per sfruttare la stampa 3D e Industry 4.0 per migliorare la caviglia plantare (AFO) , e più specificamente per soddisfare le esigenze ortotiche dei veterani. Finanziato da America Makes , l’acceleratore nazionale per la stampa 3D e la produzione additiva con sede a Youngstown, Ohio , il team CYBER è stato formato nel 2016 da Stratasys , l’ Università del Michigan e Altair Engineering .
Al momento, i metodi esistenti per la progettazione e la produzione di ortesi personalizzate richiedono molto tempo sia per i pazienti che per i fornitori, oltre che imprecisi. Sostituendo i metodi tradizionali con la stampa 3D, abbiamo il potenziale per aumentare la personalizzazione di massa e l’adozione globale della tecnologia nel campo O & P, oltre a migliorare la funzione delle ortesi.
America Makes appena pubblicato una storia di successo sull’ultimo risultato del duro lavoro del Team CYBER.
Il team CYBER spera di combinare design basati su cloud e tecnologia FDM di Stratasys per affrontare le sfide della metodologia di progettazione dell’ortotipo per la durabilità della stampa 3D, la robustezza del materiale, l’integrazione del sistema e il throughput e, infine, semplificare la cura del paziente in modo da ridurre le visite ambulatoriali dell’ospedale da tre a uno.
Il progetto, che si allinea alla categoria del processo di estrusione dei materiali di ASTM International , ha un budget totale di $ 2 milioni, suddiviso tra finanziamenti pubblici e privati, e altri partner includono Becker Orthopedic , Standard Cyborg e VA Ann Arbor Healthcare Center ; il Dipartimento dell’Energia , la National Science Foundation e il Dipartimento della Difesa sono partecipanti pubblici.
Secondo l’America Makes, “L’obiettivo di questo sforzo è quello di creare un sistema di produzione di modellazione di deposizione (FDM) di tipo ciber-fisico che consenta la produzione in serie di ortesi individualizzate. L’obiettivo finale è quello di offrire “visite di un giorno”, in modo che i pazienti ricevano la loro ortesi personalizzata nello stesso giorno in cui vengono valutate. Per raggiungere i requisiti di rendimento e prestazioni, sono necessari miglioramenti nella progettazione di AM, offerte di materiali speciali, miglioramenti del sistema e un metodo per stampare più materiali per fornire un’ortesi di alta qualità. ”
Sviluppando funzionalità specifiche di stampa 3D, basate sul pacchetto software di ottimizzazione Altair OptiStruct , il team CYBER sperava di semplificare il flusso di lavoro digitale di progettazione 3D. OptiStruct ha reso questo possibile, in quanto può convalidare digitalmente le prestazioni e generare modelli di riempimento unici. Il compito di Stratasys era quello di utilizzare la sua tecnologia FDM, in particolare la sua stampante 3D Fortus 400mc, per apportare importanti miglioramenti all’offerta e al rendimento dei materiali.
Nel 2016, Jeff Wensman, direttore clinico / tecnico del centro di ortesi e protesi di U of M , ha spiegato: “Quantità o tipi diversi di materiale possono essere stampati per fornire una specifica rigidità e consentire aree di flessibilità, in base alla presentazione del paziente . Questa eccitante tecnologia apre una cassetta degli attrezzi completamente nuova che il clinico può utilizzare per migliorare i risultati del paziente. ”
La metodologia basata sulle prestazioni AFO si basa sull’ottimizzazione della topologia, che bilancia i maggiori tassi di deposizione e l’efficiente movimento del percorso utensile con la distribuzione del materiale, utilizzando modelli di riempimento spargolo adattivo, in base alle condizioni di carico richieste. Combinando la tecnologia di produzione e lo sviluppo del design digitale AM per produrre AFO personalizzati, è stato possibile utilizzare la stampa 3D per bilanciare le prestazioni, il throughput e il peso degli AFO.
Razionalizzazione del flusso di lavoro digitale e miglioramento delle offerte di materiali per la progettazione e la stampa 3D di AFO personalizzati utilizzando la funzionalità specifica di AM basata su software di ottimizzazione, schemi di riempimento unici e convalida delle prestazioni digitali. [Immagine: l’America rende]
Il team CYBER ha infine avuto successo negli sforzi per creare un flusso di lavoro di progettazione 3D digitale, grazie allo sviluppo di funzionalità specifiche di stampa 3D. I membri del team sono stati in grado di utilizzare la tecnologia FDM di Stratasys per migliorare i materiali e le offerte di throughput, creando allo stesso tempo un design specifico per il settore O & P basato sulla produzione di AFO personalizzati.
L’America scrive: “Le sfide del throughput antieconomico e dell’elevato costo del materiale, la deposizione di più materiali e la mancanza di un’interfaccia clinica sono state risolte e dimostrate per ottenere una” visita di un giorno “attraverso lo sviluppo di una metodologia di” Design per additivi ” che forniva un equilibrio tra forza, peso e capacità produttiva. Il team ha raggiunto con successo gli obiettivi tecnici e ha dimostrato che AM può avere un grande impatto sul settore sanitario, in particolare nel settore dei dispositivi di assistenza medica personalizzati. ”
I deliverable per questo progetto, che sono tutti disponibili per l’America, fanno parte del Digital Storefront, sono:
Materiale semicristallino pieno di carbonio (CF)
Materiale FDM TPE / TPU
Miglioramento del throughput FDM
Testa di estrusione FDM per stampa 3D Materiale in nylon 12 CF
Bilanciamento del riempimento sinusoidale ottimizzato per forza e rendimento (periodico)
Modalità di microsfere specifiche per consentire una migliore sintonizzazione del modello di riempimento sinusoidale (non periodico)
Sistema di consegna modificato specifico per un materiale a filamenti a basso modulo di flessione
Curriculum di istruzione per la pratica di ortotonisti e tecnici O & P
Corso di stampa 3D di Washtenaw Community college, incluso curriculum
Il team CYBER si concentrerà su altri obiettivi per il suo continuo lavoro sui progressi della produzione, compresi materiali multi-materiale, materiali di nuova generazione e deposizione multi-testa.
