美国军队研究人员3D打印个性耳塞

时间:2020-06-01 10:17       来源: 中关村在线
  美国陆军航空医学研究实验室的研究人员利用3D打印技术,为美国武装部队成员制作并测试了可定制的耳塞。
 
  陆军科学家的新技术制作护耳器,可用于防止武装部队成员的听力损失。士兵的听力受损,除了限制了他们参与社会交往的能力外,还可能导致他们在战场上变得更加脆弱,失去战备状态。
 
美国军队研究人员3D打印个性耳塞
 
  耳塞对于经常被嘈杂的机器和武器装备包围的士兵来说是必不可少的。图片来自美军
 
  3D打印生产的耳塞
 
  目前,士兵必须佩戴某种类型的听力保护装置(HPD),而那些经常暴露在有害噪音中的士兵则被纳入了军队听力计划(AHP)。该计划通过一系列的临床听力服务来预防听力损失,但士兵绝不是唯一的弱势群体。在美国,每年估计有2.42亿美元的费用用于工人因报告的听力损伤而提出的赔偿要求。
 
  制作耳印来对抗听力损失,也是一项有风险的工作。例如,有时印模材料会越过 "耳道块",而 "耳道块 "的作用是保护内耳,导致受伤,可能导致手术干预甚至听力损失。军队的研究人员试图通过使用扫描方法、传统的耳印材料、物理印模的数字扫描和3D打印技术的组合来缓解这类风险。将这些技术结合在一起,可以制作出定制化的耳塞,并让研究人员评估每种方法的好处和性能。
 
  传统的制造工艺需要制作物理耳模印模,然后将其运往耳塞制造商。然后,"耳模印 "被铸造成耳部的负模,或者用耳压扫描仪扫描,生成数字模型。目前这两种方法都在使用,因此为了比较和优化不同的技术,研究人员制作了6个不同的耳塞样本。研究人员使用了物理耳印模和数字扫描的物理耳印模,以及三种不同的数字耳部扫描方法和内部3D打印方法。
 
美国军队研究人员3D打印个性耳塞
图为Lantos扫描仪(在此过程中使用的)如何利用Lantos云技术提供准确的图像,然后运往客户手中。照片通过Lantos公司提供
 
  3D建模并打印耳塞
 
  美军研究人员首先利用光线捕捉的方法,对20名志愿者的耳朵和耳道进行了三维模型制作。然后用计算机辅助设计(CAD)软件对这些模型进行了修改,制作出定制的合身耳塞,并分别使用三种制造方法进行了制作。利用一系列扫描仪进行扫描,以评估最有效的,由eFit、3Shape和Lantos提供的扫描。因此,五位受试者将使用印象型耳塞,五位来自eFit扫描,五位来自3Shape,五位来自Lantos。
 
  数字化的扫描结果在内部使用Cyfex Secret Ear Designer软件进行建模,并使用Envisiontec Perfactory Micro 3D打印机和E-Silicone M材料制造耳塞外壳。打印后,外壳在异丙醇溶液中清洗,然后用气压干燥。总结使用压力聚合装置Polymax 1来固化材料,在60oC的温度下大约需要15分钟。
 
  将得到的耳片交给试验对象,让他们对每种设计的舒适度进行评价,每种制造方法的结果都不一样。虽然物理耳印的产品提供了最好的听力保护,但平均而言,它们也是最不舒适的。值得注意的是,使用数字扫描技术制作的耳塞,其效果远不如使用物理印模制作的耳塞。研究人员认为,这可能是由于制作印模的人的技能和技术的原因,还需要进一步的研究来完善这一过程。
 
  美国陆军3D打印医疗技术的进步
 
  快速成型制造已经经常被美国武装部队所利用,试图为士兵提供更好的医疗支持,在战场上取得优势。
 
  总部位于佛罗里达州的微点胶技术公司nScrypt于2020年3月为美国陆军开发出了nRugged,这是一款工具中的工厂(FIT)。这款3D打印机专为在恶劣环境下使用而设计,可以在不更换工具的情况下制作出从完整的电子设备到生物活性绷带等产品。
 
  2019年10月,美国Uniformed Services University of Health Sciences(USU)和美国纽约州西点军校在冲突地区试点使用3D打印医疗设备。该实验表明,可以部署一系列仪器,以节省时间、降低运输成本和规避后勤挑战。
 
  美国空军的一个研究小组在2020年4月3D打印了一种医疗手术牵引器。该仪器的设计目的是供野战医生用来撑开伤口,可以部署在无法补充医疗用品的恶劣环境中。
 
  研究人员的研究结果详见于他们题为 "评估从数字耳部扫描和传统方法制作的定制听力保护装置 "的论文。该研究由美国陆军航空医学研究实验室于2019年12月发表,由JR Stefanson和William Ahroon共同撰写。
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