3D打印為殘奧選手注入“洪荒之力”

殘奧會的特色是，運(yùn)動員的能力多種多樣，參加比賽的類型各不相同。許多參賽者使用假肢、輪椅或其他專門的部件，以使他們能夠發(fā)揮出最佳狀態(tài)。

像殘奧會這樣的重大體育賽事不僅是展現(xiàn)體育運(yùn)動魅力的良機(jī)，更是科技創(chuàng)新的平臺。

為了在比賽中獲得優(yōu)勢，贏在“起跑線”上，運(yùn)動員、教練員、設(shè)計師、工程師和體育科學(xué)家都在不斷地追求更進(jìn)一步。在過去的十年里，3D打印已經(jīng)成為推動跑步和自行車等運(yùn)動項目進(jìn)步的助推器，越來越多的殘奧會運(yùn)動員在3D打印技術(shù)的幫助下變得“更快、更高、更強(qiáng)”。

近日，澳大利亞《對話》雜志刊文介紹了3D打印技術(shù)在殘奧會運(yùn)動員中的應(yīng)用。

告別批量 3D打印零件可“私人定制”

手套、鞋子和自行車等大規(guī)模批量生產(chǎn)的裝備，通常是根據(jù)健全體型的運(yùn)動員及其運(yùn)動風(fēng)格設(shè)計的，因此，它可能不適合許多殘奧會運(yùn)動員。

當(dāng)談到設(shè)備性能時，運(yùn)動員必須考慮的基本事項是什么？最佳的強(qiáng)度重量比、空氣動力學(xué)和適應(yīng)性，而第三個尤其具有挑戰(zhàn)性。由于每個運(yùn)動員情況都很獨(dú)特，與運(yùn)動員良好適應(yīng)的定制化設(shè)備需要大量的反復(fù)試驗，導(dǎo)致研發(fā)成本高昂。

3D打印可以更實惠的價格提供定制設(shè)備。幾位前殘奧會運(yùn)動員，如英國鐵人三項運(yùn)動員喬·湯森和美國田徑運(yùn)動員阿里爾·勞森，如今使用3D打印為自己和其他輪椅運(yùn)動員制作個性化手套。這些手套非常合體，就像是按照運(yùn)動員的手制作的模子，可以在不同的條件下用不同的材料打印而成。例如在比賽中，湯森使用堅硬的材料以發(fā)揮最佳狀態(tài)，而在訓(xùn)練中則使用軟手套，既舒適又不會導(dǎo)致受傷。

3D打印手套價格低廉，能夠快速生產(chǎn)，破損后還可以隨時重新打印——因為該手套的設(shè)計是數(shù)字化的，就像照片或視頻一樣，可以根據(jù)運(yùn)動員的反饋進(jìn)行修改。甚至當(dāng)運(yùn)動員急需零件時，將需求發(fā)送到最近的3D打印機(jī)就可打印出新手套。

堅固耐用 3D打印假肢更好、更快、更強(qiáng)

運(yùn)動員可能會擔(dān)心3D打印的零件是否足夠堅固，能否滿足性能要求。幸運(yùn)的是，3D打印材料已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，許多3D打印公司開發(fā)了自己的配方，以適應(yīng)從醫(yī)療到航空航天等各個行業(yè)的需求。

研究表明，短程自行車手在加速過程中可以產(chǎn)生超過1000牛頓的力。如果這個概念難以理解的話，試想一下一個100公斤的人站在你身上，你也會感受到同樣的力。因此，假肢必須非常堅固耐用。

早在2016年，我們就看到了德國自行車運(yùn)動員丹尼斯·辛德勒在殘奧會上使用的第一條3D打印假肢。它由聚碳酸酯制成，與辛德勒之前的碳纖維假肢同樣堅固，但更輕、更合適。這一假肢幫助辛德勒在今年的東京殘奧會上贏得了一枚銅牌。

用于殘奧會的3D打印設(shè)備材料也包括碳纖維，湯森用它來生產(chǎn)完美的手輪車曲柄。3D打印可以將增強(qiáng)碳纖維精確地放置在提高零件剛度所需的位置，同時保持較輕的重量——這樣的零件比鋁制零件性能更好。

鈦也可以用于3D打印定制假肢，比如新西蘭殘疾人安娜·格里馬爾迪可以安全地握住50公斤重量的杠鈴，這是標(biāo)準(zhǔn)假肢無法實現(xiàn)的。

協(xié)同工作 利用3D掃描獲取更精準(zhǔn)數(shù)據(jù)

為了讓3D打印產(chǎn)生最好的效果，它需要與其他技術(shù)如3D掃描結(jié)合使用。例如，專用3D掃描儀可以數(shù)字化運(yùn)動員的身體部分。該技術(shù)可通過掃描運(yùn)動員的頭部，創(chuàng)建3D模型，用數(shù)字模型幫助設(shè)計和定制適合的頭盔襯墊；掃描運(yùn)動員的腳，可以為其定制矯形器或高性能運(yùn)動鞋。

通過對澳大利亞輪椅網(wǎng)球明星迪倫·奧爾科特的座椅模具進(jìn)行3D掃描，工程師們能夠制造出舒適性、穩(wěn)定性和性能方面均達(dá)到最優(yōu)的座椅。

澳大利亞射箭運(yùn)動員泰蒙·肯頓-史密斯出生時左手有缺陷，工程師通過3D掃描為他設(shè)計了完美貼合的手柄，在澳大利亞體育學(xué)院，該手柄結(jié)合硬材料和軟材料經(jīng)3D打印而成，不僅具有減震能力，而且更可靠。如果該手柄壞了，還能很容易地重新打印一個相同的，而無需花費(fèi)很長時間手工制作一個可能會有所不同的。

所有這些技術(shù)都越來越容易獲得，這意味著更多運(yùn)動員和業(yè)余愛好者都可以買到3D打印鞋底的跑鞋、3D打印的定制自行車框架。而對于已經(jīng)擁有3D打印機(jī)的人來說，沖浪鰭、自行車配件等的模型可以免費(fèi)下載，只需要幾美元就能打印出來。

來源：科技日報