殘奧會如何使用3D打印？
魔猴君 知識堂 73天前
體育運動適合所有人，因此無論個人條件和限制如何，都應該讓每個人都可以參與。然而，運動通常與表現聯系在一起，為了實現這一目標，身體健康被錯誤地視為基本要求。事實并非如此，正如所有殘奧會運動員所證明的那樣，盡管他們個人有限，但在某些情況下，在包括3D打印在內的技術手段的幫助下，他們在殘奧會期間向公眾展示了非凡的體育表現。游戲。
殘疾運動員的體育運動和協會已經存在了100多年。路德維希·古特曼(Ludwig Guttmann)博士在斯托克曼德維爾醫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，為我們今天所知的殘奧會做出了重大貢獻。斯托克曼德維爾運動會是殘奧會的起源，殘奧會于1984年得到國際奧委會的正式認可。“Para”一詞源自希臘語“旁邊”，暗示奧運會和殘奧會同時存在并同時舉行。邊
圖1 殘奧會的歷史可以追溯到20世紀斯托克曼德維爾運動會期間（照片來源：Simon Bruty，OIS-CIO）
殘奧會期間，患有不同身體和認知障礙的運動員參加比賽，并根據殘疾類型分為不同的組。每個學科還有分級制度，保證公平競爭。參加同一類別比賽的運動員必須在運動、協調和平衡方面具有相似的功能能力。
在剛剛結束的巴黎2024年夏季殘奧會上，4,400名運動員在22個不同的體育項目中角逐獎牌。運動員及其成就一直備受關注，但他們的同伴，即技術輔助工具，也發揮了作用。得益于現代技術，殘疾人運動呈現出越來越多的創新和技術新穎性，使運動員能夠超越自己的極限。
圖2：2024年巴黎殘奧會（圖片來源：Olympics.com）
殘奧會3D打印
殘奧會運動不同程度地依賴技術輔助。無論是輪椅、假肢還是運動器材，技術進步正在幫助運動員超越極限，發展殘奧運動。
“運動是最好的良藥，”前德國田徑運動員、多屆殘奧會獎牌獲得者海因里希·波波(Heinrich Popow)說道。同時，他強調了技術在殘奧運動中的重要性。“使用輔助設備本身就是一項運動，”波波先生說。因此，他主張將奧林匹克運動與殘奧運動分開，后者依賴技術輔助，因此追求自己的極限和目標表現。“這就是殘奧會運動的美妙之處。我們注意到，表演的密度越來越大，因為體育運動是以表演為導向的，”Popow先生強調道。
不同技術的結合經常被用來超越性能極限，這使得殘奧會運動員能夠練習新的運動項目，同時也能夠在當前的學科中獲得新的可能性。例如，3D打印與3D掃描和設計優化等其他技術相結合，可以幫助改善人體工程學、移動性和舒適度，從而促進比賽和訓練中的最佳表現。這就是為什么越來越多的運動員開始接受3D打印的好處，在過去的幾年里，我們在殘奧會上看到了越來越多的3D打印輔助器材，當然包括尖端的假肢和矯形器，但也自行車比賽中的設備，例如符合人體工學的握把和手套。
圖3:瑞士選手Flurina Rigling穿著3D打印鞋參加巴黎殘奧會（照片來源：Tobias Lackner）。
穿著3D打印鞋參加2024年巴黎夏季殘奧會自行車比賽的瑞士運動員Flurina Rigling（已于8月29日獲得銅牌）總結了3D打印為運動員帶來的好處：“這項創新幫助我很多，”里格林說。“你要想象一下：以前，我只有一只皮鞋。一旦濕了，我必須先讓它干燥。如今，3D打印鞋子的生產速度相對較快，而且比舊鞋子輕得多。這對我來說有很大的不同。?
事實上，越來越多的高性能材料可以使用3D打印工藝進行加工，這也提高了運動員的舒適度。例如，多材料打印可用于生產具有軟質和硬質部件的組件。3D打印的其他好處包括個性化和高度定制。打印的物品可以進行測量，然后完美地適應相關人員；另一方面，如果人的需求在受傷后發生變化，它們也可以很快適應。
鑒于運動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然的。這就是為什么維修服務中心擁有大量的現場技術資源來進行維修。特別是在工藝方面，我們發現了FDM、SLS和MJF。
FDM 3D打印主要用于零件原型設計和測試，以確保插座能夠完美貼合運動員（因為太緊或太松都會產生負面影響）。相比之下，對于許多運動員直接使用的假肢來說，MJF 3D打印和SLS是為殘疾人運動制造高性能部件的熱門選擇。
圖4：假肢現在通常由3D打印機制成（照片來源：Autodesk）
這讓我們想到了材料。正如您所料，所使用的材料根據制造的零件而有很大差異。可以使用3D打印的標準材料，例如尼龍和ABS，特別是對于原型而言，但碳纖維增強材料更常用于最終零件。事實上，在復合材料部件中，增強纖維（包括CF和GF）可以專門或連續地集成到熱塑性基體中。在3D打印中，增強纖維可以精確放置，這意味著可以專門定制零件的剛度，同時可以打印輕質零件。此外，還采用了金屬3D打印。例如，鈦用于打印個性化假肢，這些假肢比標準假肢堅固得多。
新西蘭殘奧會運動員安娜·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，因為運動員優先考慮性能和舒適度。有時，不同技術（數控、注塑成型、3D打印）的組合被用來為運動員創造最佳解決方案。然而，近年來的大量例子表明，3D打印在殘奧會上正在取得進展。
用于現場維修的3D打印
在這方面還應該提到維修。強力、外部沖擊、跌落可能會導致所有運動器材的磨損、損壞和零件斷裂。3D打印可以根據損壞的程度進行快速修復，甚至可以直接在現場進行修復。
這就是為什么殘奧會設有專門的維修車間——奧托博克技術維修服務中心。奧托博克是國際殘奧委員會(IOC)的長期合作伙伴，自1988年首爾奧運會以來一直為巴黎的運動員提供支持，其國際團隊由164人組成。除了位于奧運村內的720平方米的主車間外，體育設施內還有14個較小的車間。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打印機進行維修（照片來源：3Dnatives）
就像一級方程式賽車中的進站一樣，運動員帶著損壞的部件和疑慮來到車間，并可以依靠現場團隊使用修復后的設備準時開始比賽。巴黎工作室的技術總監兼奧托博克骨科技術大師Julian Napp強調了現代技術的重要性：“新的數字化可能性使我們能夠更快地幫助運動員。在殘奧會期間，時間對于運動員和我們技術人員來說都是一個關鍵因素。然而，研討會的成功因素仍然是團隊的專業知識。創造力、解決方案導向和經驗與最新技術相結合，是我們為運動員提供的支持。?
正如奧托博克全球活動、展覽和體育主管Peter Franzel在新聞發布會上解釋的那樣，自2021年東京奧運會以來，奧托博克也一直在現場使用3D打印機。在巴黎，該團隊擁有Cosmyx和Markforged的3D打印機，可以直接在現場生產模型和最終零件。此外，自東京會議以來，3D打印的使用不斷增長，從單一的測試機器發展到目前的運行。
“我們可以在現場打印、掃描并安裝試用插座（用于假肢）。例如，如果存在生長、疤痕等，仍然可以修改試驗插座。必須考慮在內。然后再次掃描建模的插座以獲得最終形狀。然后將掃描結果發送到格勒諾布爾（奧托博克的法國同事）并使用粉末打印工藝進行打印。”當被問及3D打印的具體應用示例時，Franzel評論道。
圖6：奧托博克維修中心現場配有3D打印機和手持掃描儀。（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；巴黎殘奧會上，維修中心超過了這個數字。奧托博克維修中心的速度和技術范圍對于運動員來說至關重要，以便他們在輔助設備突然損壞時得到最好的護理，并能夠完全專注于自己的表現。
我們無法通過3D打印直接參與運動員的表演。但事實上，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動員供貨。當然，這使他們能夠更好地專注于他們的運動并完成他們的訓練課程。與傳統方法不同，運動員試衣需要先打石膏，然后再試衣，因此需要很長時間。這是我看到3D打印最大影響的地方。–Leon Fiolka，奧托博克首席產品官
3D技術提供了許多可能性，現場3D打印對許多運動員來說非常有用。“菲利克斯·斯特朗來到我們的修復中心，想要對他的殘肢進行掃描，”目前在殘奧運動員村修復中心工作的萊昂·菲奧爾卡(Leon Fiolka)說道：“他很高興我們現在有機會掃描他的殘肢就在現場，因為這使他免于飛往德國。另一個成功案例是我們設計的輪椅的小型3D打印替換部件，因此剎車再次起作用，運動員能夠在街道上安全地駕駛日常輪椅。?
Heinrich Popow還強調了維修中心及其技術可能性對運動員的價值，并講述了一個關于比賽前發生的損壞的軼事：“我在倫敦獲得的金牌也歸功于奧托博克的維修服務，沒有他們我就不可能獲得金牌。”從來沒有獲得過金牌！“
圖7：輪椅是修復工作的重要組成部分（照片來源：奧托博克）
殘奧會的應用
現在是時候更具體地了解3D打印在殘奧會上的應用了。總體來說，3D打印在殘奧運動中的應用可以分為兩類：假肢矯形器和工具。這兩個類別的區別在于，一個類別集成到運動員的身體中，而另一個類別可以被視為運動員裝備的一部分。
第一個例子是參加2016年里約殘奧會的德國自行車運動員丹尼斯·辛德勒(Denise Schindler)，她使用了3D打印假肢，該假肢是在Autodesk的幫助下使用數字化和3D打印技術制造的，因為它比其他假肢輕14%。碳纖維部件同時保持相同的強度。此外，生產時間也顯著縮短。使用傳統方法制造假肢大約需要12周時間，而增材制造制造的假肢只需48小時即可打印出來。結果，她獲得了銅牌和銀牌，并因殘奧會使用的第一個3D打印假肢而進入吉尼斯世界紀錄。
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。美國運動員邁克·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，因此轉向了殘疾人滑雪板。但他需要一種獨特的假肢，能夠承受劇烈運動活動的壓力。這就是3D打印發揮作用的地方。
Stratasys能夠使用TPU 92A幫助制造具有兩個不同關節的假肢（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，而且還有助于設計過程，因為增材制造可以實現更快的迭代，有助于滿足Mike Schultz的不同要求。最終，他憑借假肢在殘奧會上奪得了金牌和銀牌。
矯形器也可以發揮作用。拉脫維亞輪椅擊劍運動員波琳娜·羅茲科娃在里約殘奧會之旅中面臨著設計挑戰。然而，Stratasys能夠創建一個定制的3D打印背托，她可以在訓練和比賽期間使用。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？這些部件經常用于殘奧會運動員的裝備，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域之一。
例如，2014年，德國冬季兩項運動員Martin Fleig憑借3D打印的“雪橇”參加索契冬季殘奧會而成為頭條新聞。他與弗勞恩霍夫研究所合作開發了這款坐式滑雪雪橇，作為“暴風雪”項目的一部分。該賽車機器通過3D設計和打印完美適應馬丁的身體。他使用他的最后一臺賽車獲得了第九名，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、殘奧會滑雪運動員達倫·斯威夫特(Darren Swift)開發的3D打印滑雪板固定裝置。它們由玻璃增強尼龍制成，使他在2022年中國奧運會上比競爭對手更具優勢。英國殘奧會運動員喬·湯森(Joe Townsend)也使用3D打印在他的賽車上制作定制零件，而殘奧會殘奧會冠軍艾瑪·威格斯(Emma Wiggs MBE)則使用3D打印。2020年，她設計了一款完美貼合她雙手的球拍，幫助她再奪一枚殘奧會金牌，并在2020年東京奧運會上創下了57.028秒的紀錄。
觀察到的另一個趨勢是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，這些手套可以根據運動員的手部進行塑形，并根據他們的個人需求進行定制。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（照片來源：Olympics.com）
現在你就擁有了！3D打印正在逐漸幫助改變殘奧會運動項目，成為運動員利用身體超越人類極限的工具。2024年奧運會于昨天結束，這是慶祝增材制造在體育運動中應用的一次盛會。
來源：3dnatives
