3D Tiskanje Revolucionira Izdelavo Protez

2023 Avtor: Hannah Pearcy | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-08-25 03:39

V preteklosti je bila izdelava protez in ortoz po običajnih metodah dolga, zapletena in zato draga. Aditivna proizvodnja obljublja, da bo to odpravila. Vendar je v praktičnem okolju ortopedske tehnologije hitro postalo jasno, da uveljavljeni postopki aditivnega tiskanja z samo eno tiskalno glavo niso dovolj ekonomični, ker je bil postopek izdelave dolgotrajen in ni izpolnil pričakovanj medicinske stroke.

Mreža Pro-O-light se je soočila z izzivom, kako izboljšati to stanje skupaj z Univerzo uporabnih znanosti Mittweida in partnerji iz strojništva in elektroindustrije. V okviru projekta, ki ga financira BMWI, je bilo treba razviti nov tiskalnik, ki uporablja vrtljivo delovno mizo in do štiri tiskalne glave hkrati. Zahvaljujoč temu novemu pristopu je mogoče doseči visoke delovne hitrosti.

Galerija slik

V manj kot 60 minutah do proteze

Ker tiskalne glave delujejo le enosmerno, je mogoče oblikovati posebno geometrijo šobe tiskalne glave. S povprečno uporabo štirih tiskalnih glav lahko protezo natisnete v manj kot 60 minutah. Poleg tega nov postopek ustvarja lažjo ortozo z odprto, udobno strukturo. Pogonska tehnologija, za katero je odgovoren JAT (Jena pogonska tehnologija), igra odločilno vlogo.

Kako deluje 3D tiskalnik

Za doseganje visoke hitrosti izdelave je bilo treba uporabiti več tiskalnih glav hkrati in s srednjimi potovalnimi razdaljami. Ker pa bi te med tiskanjem motile njihove mehanske vodnike, je bilo treba razviti novo tehnologijo. To je bilo v tem, da obdelovanca ne postavite na fiksno mizo ali mizo, ki jo je mogoče premikati v XYZ smeri kot običajno, temveč jo med vrtenjem nastavite v vrtenje. Ker so geometrije že tangencialno poravnane šobe tiskalne glave z obdelovancem, je mogoče doseči veliko večje hitrosti tiskanja.

Zahteve po pogonskih sklopih

Za doseganje zahtevane hitrosti postopka pri tiskanju protez je potreben poseben koncept pogona tiskalne glave. Novi tlak bo omogočil povečanje hitrosti procesa za desetkrat. To zahteva hkratno uporabo več glav in dodatno povečanje hitrosti tiskanja z razvojem tiskalne glave z novo geometrijo šobe.

Eden največjih izzivov je bil interakcija tiskalnih glav in njihova pogona:

• V nasprotju s trenutnim stanjem tiskalnih glav se ni treba premikati v svoj delovni položaj drug za drugim in tam izvajati postopka tiskanja, temveč se obenem posamično postaviti v tiskarsko geometrijo - trk tiskalnih glav ni mogoč.
• Postavljeni so ob pravem času ob pravem času, med tem dinamičnim postopkom pa se iztisne prava količina tiskanega materiala.
• Nenehno spreminjajoč se obseg, različne hitrosti za posamezno tiskalno glavo, s tem povezan izračun različnih količin materiala in odvisnost teh komponent so popolnoma nov, vendar nujen proizvodni pristop.

Pogonski sistem za aplikacije, občutljive na cene

Da bi dosegli cilj stroškov, je bila sprejeta odločitev o uporabi pogonskega sistema Ecostep. Posebej je primeren za cenovno občutljive aplikacije, saj deluje z večpolnim servo motorjem s povratno informacijo v obliki dajalnika. V primerjavi s pogonskimi tehnologijami brez zaprtega krmilnika položaja se doseže bistveno večja dinamika in varnost obratovanja, saj ni nevarnosti, da bi motor izgubil položaj. Pogonski krmilnik ponuja tudi visoko povezljivost s sistemi višjega nivoja, kot je PLC.

Namig za seminar

Udeleženci osnovnega seminarja o servo pogonih se naučijo osnovnega znanja o tem, kako optimalno parametrirati servo pogone in kako upravljati in krmiliti funkcije v regulatorjih gibanja.

Izvedba pogonov

• Mehanska zasnova 3D vrtljivega tiskalnika 3D zahteva skupno dvanajst pogonov Ecostep.
• Vretenski pogoni se uporabljajo za vodoravne in navpične linearne osi Y in Z, ki so odgovorne za prilagodljivo pozicioniranje ekstruderja.
• Motor je Ecostep motor iz serije 23S21 z absolutnimi povratnimi informacijami dajalnika.
• Isti tip pogona postavlja tudi vrtljivo mizo.
• Za prenos materiala v tiskalne glave, posebej razvite za to uporabo, se uporabljajo štirje motorji Ecostep 17H13 z inkrementalnimi dajalniki.
• Te tri osi so linearno interpolirane. Algoritem je vgrajen v servo ojačevalnik Ecovario D114. Ker je ta servo ojačevalnik kompakten dvojni izhodni nivo, šest ojačevalcev krmili dvanajst motorjev.

Uporabnik, ki se srečuje z mehatronsko tehnologijo pogona

Uporabnik, ki se srečuje z mehatronsko pogonsko tehnologijo, je osredotočen na mehanske sestavne dele zobnikov, sklopke in zavore ter na njihovo zasnovo, dimenzioniranje in interakcijo v celotnem mehatronskem sistemu.

Več informacij

Pogoni za zelo dinamične aplikacije

Da bi dosegli najboljši možen rezultat tiskanja v smislu natančnosti in hitrosti, je nujno, da so pogoni resnični v spletu. Posebej pri tako zelo dinamičnih aplikacijah pogoni Ecostep pokažejo svojo moč, saj je tudi pri nihanjih obremenitve, zahvaljujoč povratnim informacijam o položaju, zagotovljeno natančno sledenje določene poti. Ker so s pogoni Ecostep analogni klasičnim, a tudi dražjim servo pogonom, regulirana tako hitrost kot položaj.

Na zaključni črti

Že zdaj, približno pol leta pred koncem projekta, se predvideva, da bodo zastavljeni ciljni kriteriji glede natančnosti in dinamike doseženi. Dejstvo, da nov postopek tiskanja prispeva k boljši zdravstveni oskrbi, naredi njihovo zavezo še bolj dragoceno. Kot se pogosto dogaja pri tovrstnih projektih, v katerih je vključenih več akterjev, je hudič na koncu v podrobnostih in usklajevanju med akterji. Prototipi se že preizkušajo glede praktične primernosti.