高澤鵬 梁冰清 倪浩榮 黃新龍

摘 要 作為大學(xué)生的我們利用所學(xué)的3D打印知識(shí)專門設(shè)計(jì)出一種具有抓取提拉功能的低成本3D打印功能性外骨骼產(chǎn)品，將這種產(chǎn)品公益性地免費(fèi)贈(zèng)予肢體殘疾人士，讓他們可以試戴上這種產(chǎn)品，幫助他們輕松提拿物品，減輕他們可能因殘疾帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和心理陰影，這無疑具有公益研究意義。

關(guān)鍵詞 3D打印功能性外骨骼;肢體殘疾人士;公益;低成本

殘疾人是社會(huì)中屬于一種較為弱勢(shì)的群體，我們對(duì)他們予以關(guān)懷及幫扶具有重要的意義。近幾年，3D打印技術(shù)日漸成熟，通過3D打印機(jī)打印出來的東西堅(jiān)固性好，且成本較低，課堂上我們也學(xué)習(xí)到了3D打印知識(shí)，作為大學(xué)生的我們利用課堂上所學(xué)的3D打印相關(guān)知識(shí)在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)研發(fā)出一種類似于義肢的具有高性能低成本的創(chuàng)新性產(chǎn)品，并將設(shè)計(jì)出的這種產(chǎn)品公益性地免費(fèi)贈(zèng)予肢體殘疾人士，讓他們可以試戴上這種產(chǎn)品，幫助他們輕松提拿物品，體驗(yàn)無障礙的日常生活，這無疑具有重要的研究意義。

1設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的意義

該產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要以3D打印技術(shù)為核心，利用力學(xué)原理，研發(fā)出一種高性能低成本的體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，將這種產(chǎn)品以公益的方式免費(fèi)贈(zèng)予殘疾人士，讓他們?cè)嚧魃线@種體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，可以幫助佩戴的殘疾人士輕松地提拿物品，體驗(yàn)無障礙的日常生活，從而幫助他們走出可能因失去肢體產(chǎn)生的心理陰影、減輕他們可能因殘疾帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)或者心理陰影，消除他們的心理障礙，幫助他們更好地生活，為社會(huì)公益事業(yè)貢獻(xiàn)一分力量[1]。

2設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容

我們利用3D建模和3D打印技術(shù)，嘗試采用成本低且效能好的材料制作出高性能低成本的體驗(yàn)式3D打印功能性外骨骼。同時(shí)嘗試能否設(shè)計(jì)研究出具有為殘疾人量身定制大小合適的體驗(yàn)式3D打印功能性外骨骼，而且對(duì)于不同程度的意外截肢、先天性肢體殘疾，都將有針對(duì)性地進(jìn)行體驗(yàn)性3D打印外骨骼型號(hào)的設(shè)計(jì)，以滿足多種定制需求，提供更多的可選擇性與合適性[2]。

3設(shè)計(jì)研究的技術(shù)方法

①設(shè)計(jì)建模。我們通過現(xiàn)實(shí)中一般肢體殘疾人的手部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論確定3D打印外骨骼的整體構(gòu)型設(shè)計(jì)，通過電腦進(jìn)行3D打印外骨骼各個(gè)部件的建模。②材料采購。在建模后，我們開始選擇材料，我們對(duì)ABS、PC類材料、PLA、尼龍類材料進(jìn)行了篩選，通過對(duì)比它們的性質(zhì)、成本和實(shí)用性，我們最終選擇了PLA改性材料。這種環(huán)保材料無毒、無害、無異味，且成本較低，實(shí)用性強(qiáng)。③打印組裝。在對(duì)各個(gè)部件建模，選取打印的材料后，我們通過實(shí)驗(yàn)室的3D打印機(jī)進(jìn)行打印。我們利用現(xiàn)有的3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)、建模、打印出外骨骼的各個(gè)部件，并對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行組裝。④測(cè)試。我們會(huì)對(duì)打印出的體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼的耐磨性、舒適度、受力情況等多個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，確保3D打印機(jī)打印出來的這種功能性外骨骼可以適合佩戴。⑤佩戴及使用。在測(cè)試無誤，確?？梢允褂煤?，我們會(huì)讓有需要的肢體殘疾人試戴上這種體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，通過后期的探訪了解使用情況，并根據(jù)肢體殘疾人士的反饋對(duì)我們的3D打印功能性外骨骼不斷地改進(jìn)。⑥定制設(shè)計(jì)。如果有肢體殘疾人士想要量身定制屬于自己的體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，我們會(huì)對(duì)該肢體殘疾人士的手臂進(jìn)行測(cè)量，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論確定3D打印外骨骼的整體構(gòu)型設(shè)計(jì)，通過電腦進(jìn)行3D打印外骨骼各個(gè)部件的建模，打印，測(cè)試，組裝，量身定制出該肢體殘疾人士的體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼。

4設(shè)計(jì)研究的步驟

①第一階段。a.查閱、采集相關(guān)資料，對(duì)采集的相關(guān)資料進(jìn)修分析;b.討論確定3D外骨骼的整體構(gòu)型，采用幾種材料對(duì)比，分別進(jìn)行3D打印外骨骼各個(gè)部件的建模，最后選取成本低且效能好的材料;c.試行用選取出的材料打印合部件，收集過程出現(xiàn)的問題;d.針對(duì)打印過程出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論調(diào)整，重新調(diào)整建模，打印制作各器件;e.進(jìn)行組裝、制作出初期功能性3D打印外骨骼。②第二階段。a.測(cè)試各方面預(yù)期性能;b.測(cè)試3D打印外骨骼各部件的耐性;c.針對(duì)耐性不足部件進(jìn)行調(diào)整;d.進(jìn)行討論分析，做出修改提議;e.針對(duì)性地改造整體成品，提升各方面性能;③第三階段。a.對(duì)這種體驗(yàn)式3D打印功能性外骨骼宣傳推廣;b.針對(duì)性使有需要肢體殘疾人士了解并試戴上這種體驗(yàn)式3D打印外骨骼;c.將體驗(yàn)式3D打印功能性外骨骼針對(duì)性投入定制使用;d.跟進(jìn)使用情況進(jìn)行功能上的改進(jìn);e.團(tuán)隊(duì)定期外出交流，學(xué)習(xí)，更好地改進(jìn)樣品，讓樣品更加精良。

5設(shè)計(jì)研究的成果

通過實(shí)驗(yàn)室的研究設(shè)計(jì)，目前成功研發(fā)出了一種具有提拉抓取功能的體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼;這種體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼采用了PLA改性材料，這種經(jīng)過對(duì)比很多種材料篩選出的PLA改性材料無毒，無害，無異味，環(huán)保，且成本較低;目前已經(jīng)為肢體殘疾人士試戴上我們這種體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，我們也將對(duì)試戴上體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼的肢體殘疾人士進(jìn)行跟進(jìn)訪問。

6設(shè)計(jì)研究存在的主要問題及今后的設(shè)想

（1）存在的主要問題。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的技術(shù)還不夠成熟，設(shè)計(jì)出的3D打印功能性外骨骼還不夠精良;作為學(xué)生，設(shè)計(jì)研究的經(jīng)費(fèi)有限，無法滿足后期繼續(xù)研發(fā)的資金來源。

（2）今后的設(shè)想。后續(xù)可能會(huì)尋求企業(yè)或者社會(huì)愛心組織的合作，邀請(qǐng)他們一起為肢體殘疾人士奉獻(xiàn)出一份愛心，增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)資金來源，更好地投入到實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品研發(fā)中，設(shè)計(jì)出更精良的高性能低成本的產(chǎn)品，公益性地免費(fèi)贈(zèng)予肢體殘疾人士，幫助更多有需要的肢體殘疾人士，讓他們可以試戴上這種體驗(yàn)性3D打印功能性外骨骼，幫助他們輕松地提拿物品，減輕他們可能因殘疾帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和心理陰影。

7結(jié)束語

綜上所述，3D打印功能性外骨骼成本較低，并且性能優(yōu)良，可以為肢體殘疾人士提供良的支持，具有良好的社會(huì)效益。但是，該設(shè)計(jì)還存在一定的缺陷，需要進(jìn)一步進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸春華，王凱.3D打印在腦卒中偏癱患者輔助支具制作中的應(yīng)用[J].上海醫(yī)藥，2019，40（13）：16-19.

[2] 黃若景. 3D打印計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小夾板外骨骼系統(tǒng)的研究[D].廣州：廣州中醫(yī)藥大學(xué)，2015.