2019年6月24日
助听器、牙冠和肢体假肢的医疗设备,现在可以给每位患者数字化设计和定制,由于3 d印刷。然而,这些设备通常旨在取代或支持身体的骨头和其他刚性部位,从固体经常刊登,相对灵活的材料。
麻省理工学院的工程师3-D-print弹性网格,定制模式设计为灵活而强大,用于脚踝和膝盖的支架。(图片:菲利斯Frankel)
现在麻省理工学院的工程师们设计柔韧,3-D-printed网材料的弹性和韧性,他们可以调整模仿和支持组织如肌肉和肌腱欧洲杯足球竞彩柔软。他们可以定制复杂结构在每个网格,和他们想象的艰辛而又弹性fabric-like材料被用作个性化、可穿戴的支持,包括脚踝或膝盖的支架,甚至植入设备,如疝网格,更好地满足一个人的身体。
作为示范,小组印刷一个灵活的网格用于脚踝支撑。他们定制的网状的结构,防止脚踝闭关自守-损伤的常见原因,同时允许联合在其他方向自由移动。研究人员还捏造隅撑的设计,甚至符合膝盖弯曲。他们生产的手套3-D-printed网状缝在其上表面,这符合穿着者的指关节,提供抵抗中风后可能发生不自觉的紧握。
“这是新的工作,它侧重于所需的机械性能和几何图形支持软组织,”塞巴斯蒂安·帕丁森说进行了麻省理工学院的博士后研究。
帕丁森,现在在剑桥大学的教师,今天发布的一项研究报告的主要作者在《华尔街日报》先进功能材料。欧洲杯足球竞彩他的麻省理工学院的合作者包括梅根·胡贝尔,车厢上载着桑哈Kim Jongwoo李莎拉·菲尔德,里卡多·罗伯茨,格雷戈里·德雷,克里斯托夫•迈耶和Lei Liu以及太阳Jae机械工程教授内维尔霍根和机械工程副教授约翰·哈特。
骑胶原蛋白的波
团队的灵活的网格是受柔软,适合的面料的性质。
“3-D-printed服装和设备往往是很笨重的,”帕丁森说。“我们想如何让3-D-printed结构更加灵活和舒适,像纺织品和纤维。”
帕丁森发现更多的灵感在胶原蛋白,结构蛋白,人体的软组织,韧带,肌腱和肌肉。在显微镜下,胶原蛋白可以像弯曲的,链交织在一起,就像松散编织弹性丝带。当拉伸,这个胶原蛋白最初那么容易,其结构内理顺。但是一旦紧,链更难以扩展。
设计灵感来自于胶原蛋白的分子结构,帕丁森波浪模式,他3-D-printed使用热塑性聚氨酯作为印刷材料。然后他捏造一个网格配置类似于弹性还艰难,柔软的面料。他设计的高海浪,网可以在低拉伸应变之前变得更僵硬——一个设计原则,可以帮助调整网格的程度的灵活性和帮助它模拟软组织。
研究人员打印一个长条的网和测试几个健康志愿者的脚踝的支持。每个志愿者团队遵循一条沿着外面的脚踝,在一个方向,他们预计将支持脚踝如果转而向内。然后把每个志愿者的脚踝到脚踝刚度测量机器人——命名,从逻辑上讲,Anklebot——这是在霍根的开发实验室。Anklebot感动他们的脚踝在12个不同的方向,然后测量每个动作,脚踝施加了力与网格和没有它,了解网脚踝在不同方向的刚度的影响。
总的来说,他们发现网格增加脚踝的刚度在反转,而在其他方向上移动它相对未受影响。
“这种技术的优点在于它的简单性和通用性。网也能做出一个基本的桌面3 - d打印机,和力学可以根据精确匹配的软组织,”哈特说。
硬,冷却器窗帘
团队的脚踝支撑使用相对弹性材料。但对于其他应用程序,如植入式疝网格,它可能是有用的,包括更严厉的材料,同时正如整合。为此,研究小组开发出一种更强和更严格的纤维和线程合并到一个柔软的网,通过印刷不锈钢纤维/地区一个弹性网格需要严厉的属性,然后打印第三钢弹性层的三明治硬线网。
僵硬,弹性材料的组合很容易给网格拉伸的能力在一定程度上,之后,它开始变硬,欧洲杯足球竞彩提供更有力的支持,防止,例如,过度紧张的肌肉。
团队也开发了另外两个技术给印刷网几乎fabric-like质量,使其符合容易身体,即使在运动。
“纺织品的原因之一是如此灵活,纤维能够相对轻松地移动,“帕丁森说。“我们也想模仿能力3-D-printed部分。”
在传统的三维打印,打印材料通过一个喷嘴加热,一层一层地。当聚合物加热挤压它债券层下面。帕丁森发现,一旦他打印的第一层,如果他稍稍提高了打印喷嘴,喷嘴的材料出来需要一段时间土地下面的图层,给材料时间冷却。因此,它不太粘。通过印刷网模式这样,帕丁森能够创建一个层,而不是完全结合,相对自由移动,他演示了在一个多层网格,搭在符合高尔夫球的形状。
最后,设计团队的网格,包含了增大的结构模式,成为更广泛的当你拉他们。例如,他们可以打印网格,由中间结构,拉伸时,变得更广泛,而不是承包作为一个正常的网格。这个属性是有用的支持高度弯曲身体的表面。为此,研究人员用一个增大的网一个潜在隅撑设计和发现它符合关节。
“有可能使各种设备接口与人体,”帕丁森说。外科网格,矫形器,甚至心血管支架等设备——你可以想象所有可能受益于我们展示的各种结构。”
这项研究是由美国国家科学基金会支持的一部分,MIT-Skoltech下一代项目,麻省理工学院的埃里克·p欧洲杯线上买球·和伊芙琳·e·纽曼基金。
来源:http://web.mit.edu/