概要:在一次跳傘事故中,一位女士失去了小腿上的一塊主要肌肉(腓腸?。??;謴秃?,盡管她能行走,但受傷的腿部在她看來依然很不美觀。
目標:使用手持式3D掃描儀掃描這位女士的小腿,為其制作舒適的可穿戴假體。
使用工具:Artec Eva, Solidworks, Zbrush, 3DS Max, Photoshop
一組工程師使用Artec的Eva掃描儀創建了一個女孩腿部的3D模型用于設計量身定制的假肢
這個故事開始于一個名叫奧利嘉的俄羅斯女孩,給俄羅斯一家3D打印在線服務公司 CanTouch 寫了一封信,提出了特殊的請求。奧利嘉熱愛極限和跳傘運動。但是她在完成一次跳躍時右腿的腓腸肌受傷,這導致她幾乎失去了所有的肌肉組織,右腿明顯區別于左腿。這種外觀讓奧利嘉感到十分不安,于是她決定為自己制作一個特制的腿部假肢。
開始假肢設計
Can Touch公司回復了奧利嘉并和她進行了會面,并討論了假肢制作的細節。之后他們一起制定了一個計劃,其中包括以下幾個步驟:
1. 將兩條腿都進行3D掃描
2. 創建3D模型
3. 用3D打印機制作出假肢
4. 對假肢進行測試
掃描腿部
要做的第一件事就是掃描雙腿,Artec的Eva掃描儀正好派上了用場。掃描過程由工程師Alexander Gorodetsky進行操作,他完全按照掃描儀的設計功能進行操作。團隊需要一個非常精確的掃描圖像,所以他們的工作進行的非常細致。
Eva掃描儀被證明非常易于使用,因為它無需校準或者標記。掃描速度高達每秒16幀,并能完成即時融合。這樣一來我們就可以輕松地看到拍攝的圖像,以及哪些地方需要更多關注。
Eva捕獲和處理速度高達每秒2,000,000點,擁有高分辨率(0.5 mm)和高精度(0.1 mm),使其成為掃描人體的解決方案。
創建假肢的3D模型
這個步驟是費力耗時的。此項工作委托給了經驗豐富的3D建模師Valery Karaoglanyan。他的任務是根據奧利嘉的要求,創建兩個(健康的腿和受傷的腿)用于假肢制作的3D模型。由于沒有現成的解決方案,整個工作必須從頭開始。
第一步就是在SolidWorks中創建兩條腿的固態3D模型。當她們完成時,健康腿的模型會被制作成鏡像,然后再受傷腿的模型中“扣除”一部分,兩者之間還要保持一個間隙,以便皮膚能夠正常呼吸。
最初的想法是在二者的內部和外部表面都使用網狀材料。但是奧利嘉想要外部表面看上去光滑。
為了創建網狀表面,設計師們不得不將3D模型在不同的程序之間反復加工。它首先被導入ZBrush中創建UV-地圖和一個網格模塊。然后網格會在Photoshop中被疊加在地圖上,之后3D模型會被再次導入ZBrush。在此階段中設計者們面對的問題就是假肢的厚度,而ZBrush沒有這個功能。所以不得不使用3DS Max軟件。
該團隊同樣使用了SolidWorks進行3D建模。當它們被完成時,會被用作假肢的主3D模型:
在較厚的地方我們需要添加一種圓錐形的插銷。2-3個就夠了。需要將它們放置在中部,以防彼此脫落。
這是一個較薄位置的橫切圖,應該如何被分離。
設計師不得不運用所有的技巧和創造力來開發一種新的計算法,以便從零開始創建3D模型。最終團隊還是獲得了腓腸肌假體完整的,用于3D打印的模型。
3D打印
3D打印是假肢創建過程中的最終環節。團隊使用了白色塑料PA 2200(聚酰胺)。非常耐用,重量很輕。這種材料非常適合制作會經常磨損的裝飾性假肢。用這種材料制作假肢的技術被稱作激光燒結法—使用激光按照指定的點燒結粉末材料。
測試假肢
在測試過程中假肢會暴露出其優點和缺點,改進和替代的過程是難以避免的。該裝置運行良好,假肢可以很好地安裝在腿部。然后,很明顯需要采用一些軟質材料添加在腿和假肢之間。由于腿部會出汗,而且該材料具有細微的粗糙感。如果假肢外表面的網狀材料被保存下來的話,所述的通風問題就可以迎刃而解了—腿本來也是可以”呼吸”的。
奧利嘉講她非常喜愛這副假肢,它沒有辜負她的期望。然而,還需要在不同的條件下對其進行檢測。
這是Can Touch第一次為客戶制作裝飾性假肢。團隊在制作過程中也出現了一些錯誤,不得不重復幾道工序,并且在項目中做了一些不必要的工作。然而,寶貴的經驗證明,專業的硬件和軟件再加上工程技能,能生產出高質量的產品。