Najpopularniejsze metody produkcji części egzoszkieletów rehabilitacyjnych to obróbka CNC, druk 3D, formowanie wtryskowe, produkcja z blachy i formowanie kompozytowe. Typowe materiały to stopy aluminium, tytan, stal nierdzewna, PEEK i silikon w przypadku części mających kontakt z ciałem. Wybór ten wpływa na wytrzymałość, wagę, biokompatybilność, koszty produkcji i czas realizacji. Obudowy stawów wymagają ścisłych tolerancji. Niestandardowe mankiety wymagają biokompatybilnych powierzchni. Płyty ramowe muszą być wytrzymałe, ale lekkie. Każda metoda ma wyraźne zalety dla określonych komponentów. Przyjrzymy się szczegółowo każdemu procesowi i materiałowi. Artykuł omawia również kwestie projektowe, normy prawne oraz wskazówki dotyczące wyboru partnerów produkcyjnych.
Przegląd powszechnych metod produkcji części egzoszkieletów robotów rehabilitacyjnych
Części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego można podzielić na kilka głównych grup. Centralnym elementem każdego urządzenia są zespoły przegubów i łączniki napędowe. Ramy nośne i wsporniki konstrukcyjne utrzymują całość w całości. Każda grupa wymaga solidnych właściwości mechanicznych, ponieważ maszyny te dźwigają ciężar człowieka i poruszają się wraz z użytkownikiem przez cały dzień.
Kluczowe komponenty egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego
Zespoły połączeniowe i złącza napędowe
Stawy to miejsca, w których odbywa się ruch. Staw biodrowy, staw kolanowy czy przegub palców muszą poruszać się płynnie i wytrzymywać powtarzające się obciążenia. Złącza napędowe łączą silniki z tymi stawami, dlatego muszą one pozostawać w jednej linii pod wpływem momentu obrotowego. Każdy luz w tych częściach objawia się szarpnięciem, co jest odczuwane przez pacjenta jako nieprawidłowości.
Ramy wsporcze i wsporniki konstrukcyjne
Ramy przenoszą obciążenie z ciała na podłoże. Wsporniki łączą siłowniki, czujniki i paski w jedną sztywną całość. Te części muszą być sztywne, ale jednocześnie lekkie. Ciężka rama szybko męczy użytkownika.
Warto zauważyć, że wybór procesów i materiałów różni się w zależności od zastosowania. Urządzenie kończyny górnej ma inne potrzeby niż urządzenie kończyny dolnej. Egzoszkielety dłoni często wykorzystują materiały miękkie, podczas gdy sztywne konstrukcje opierają się na metalu. Z praktycznego punktu widzenia, pięć rodzin procesów omówionych w tym artykule to obróbka CNC, druk 3D, formowanie wtryskowe, obróbka blachy oraz formowanie kompozytów lub silikonu.
Jak wybór procesu wpływa na części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego
Geometria, tolerancja i wielkość produkcji
Geometria decyduje o pierwszej decyzji. Złożone kształty o konturach skłaniają do wyboru 5-osiowego CNC lub metod addytywnych. Proste płaskie płyty dobrze sprawdzają się w przypadku blachy. Wielkość produkcji decyduje o drugiej. Pojedyncze, niestandardowe mankiety dobrze pasują do druku 3D, podczas gdy tysiące identycznych osłon preferują formowanie wtryskowe.
Tolerancja to trzeci czynnik, który ma największe znaczenie w przypadku połączeń. Poniższa tabela przedstawia porównanie technologii CNC i druku 3D w przypadku obudów połączeń.
| Kryterium | Obróbka CNC | Druk 3D |
| Precyzja / Tolerancja | Osiąga ±0.005 mm na 5-osiowych połączeniach tytanowych | Ulepszone do prototypowania, niezalecane do części końcowych przeznaczonych do produkcji seryjnej |
| Wykończenie powierzchni | Zapewnia współczynnik Ra 0.8 lub wyższy | Nie określono jako spełniające wymagania dotyczące wykończenia w stopniu sterylizacji |
| Kompatybilność materiałowa | Prawie wszystkie materiały medyczne, w tym tytan klasy 5 i PEEK | Ograniczone w porównaniu z CNC w przypadku materiałów medycznych o wysokiej wytrzymałości |
| Rola w budynkach mieszkalnych | Preferowane w przypadku kluczowych efektorów końcowych i połączeń | Używane do prototypowania; produkcja części nadal opiera się na CNC |
Staw biodrowy kulisty pokazuje, dlaczego to takie ważne. Kula musi być osadzona w panewce praktycznie bez luzu. CNC może wyciąć tę kulę z dokładnością do kilku mikrometrów, a panewka ją odzwierciedla, zapewniając dokładne dopasowanie. Osiągnięcie takiego poziomu kontroli jest trudne, jeśli stosuje się wyłącznie druk.
Kompromisy między kosztami, szybkością i precyzją
Szybkość i koszty idą w przeciwnych kierunkach. CNC zapewnia precyzję, ale konfiguracja wymaga czasu. Druk 3D pomija oprzyrządowanie, więc iteracja jest szybka. Formowanie wtryskowe charakteryzuje się wysokim początkowym kosztem oprzyrządowania, a cena jednostkowa gwałtownie spada wraz ze wzrostem ilości. Blachy gięte i wykrawane są szybko w przypadku płaskich elementów. Wybierz proces, który odpowiada Twojej docelowej tolerancji i wielkości partii, a nie ten, który wydaje się najbardziej zaawansowany.
Jak wybór materiału wpływa na części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Stosunek wytrzymałości do masy i wytrzymałość zmęczeniowa
Materiał wyznacza limit wydajności. Tytan klasy 5 (Ti-6Al-4V) oferuje doskonały stosunek wytrzymałości do masy i jest biokompatybilny, ale jest trudny w obróbce i może podnieść cenę części o 40-60% w porównaniu z aluminium. Aluminium 6061-T6 ma granicę plastyczności 310 MPa i jest łatwe w obróbce przy niskich kosztach. Nadaje się do elementów o niskim obciążeniu i konstrukcji drugorzędnych.
W przypadku ram konstrukcyjnych, które nie są wszczepiane ani sterylizowane, aluminium oferuje doskonały stosunek wytrzymałości do masy przy niższych kosztach materiałów i obróbki. Twardo anodowane aluminium może być również stosowane jako odporne na zużycie prowadnice lub obudowy.
Sztywne egzoszkielety rehabilitacyjne często łączą różne materiały. Typowa konfiguracja łączy aluminiowe ramy z przegubami ze stali nierdzewnej lub tytanu. Pozwala to zmniejszyć masę całkowitą, a jednocześnie zwiększyć wytrzymałość w miejscach koncentracji obciążenia.
Biozgodność i kontakt ze skórą
Każda powierzchnia stykająca się ze skórą wymaga pielęgnacji. Silikon doskonale sprawdza się w mankietach, podkładkach i wkładkach, ponieważ jest miękki i przyjazny dla skóry. Metale używane w pobliżu ciała powinny być odporne na korozję i łatwe w czyszczeniu. Potwierdzają to certyfikaty materiałowe i identyfikowalność, które mają znaczenie w przypadku produkcji egzoszkieletów robotów medycznych zgodnie z normą ISO 13485. Ta sama zasada obowiązuje w przypadku produkcji części do robotów medycznych, gdzie każda partia musi być udokumentowana.
Dobór materiałów i procesów wpływa na wagę, komfort, koszt i bezpieczeństwo. Odpowiednie połączenie gwarantuje, że reszta procesu produkcji elementów egzoszkieletu robota będzie gotowa.
Precyzyjna obróbka CNC części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Precyzyjna obróbka CNC wykorzystuje frezarki 3-, 4- i 5-osiowe. Maszyny 3-osiowe tną proste kształty w jednym kierunku. Maszyny 5-osiowe przechylają narzędzie i element jednocześnie. Pozwala to na obróbkę skomplikowanych krzywizn w jednym ustawieniu. Ten zakres ma ogromne znaczenie w przypadku części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego. Stawy wyginają się w sposób niemożliwy do wykonania przez frez płaski.
Zastosowania w częściach egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Obudowy wspólne i wsporniki konstrukcyjne
Obudowy przegubów to bardzo złożone i precyzyjne elementy w systemach egzoszkieletów. Przenoszą ciężar użytkownika i siłę uderzenia podczas chodzenia. Zapewniają również precyzyjne punkty montażowe dla łożysk, reduktorów, enkoderów i czujników momentu obrotowego. Otwór na łożysko musi mieścić się w granicach 0.1 mm, aby zapewnić precyzję ruchu. Grubość ścianki wynosi zazwyczaj 2–3 mm. Niektóre obszary zmniejszające wagę mają zaledwie 1.5 mm. Sprawia to, że odkształcenia podczas cięcia stanowią realne ryzyko. Obróbka wszystkich powierzchni w jednym ustawieniu pozwala uniknąć błędów wynikających z przesuwania części.
| Obszar zastosowań | Przykłady części | Materiał | Po leczeniu |
| Obudowy wspólne | Obudowy silników stawu biodrowego, zespoły łożysk, wałki pozycjonujące, interfejsy hamulcowe, bloki blokady łańcucha | Stop aluminium 6061/7075 (tytan w modelach wyższej klasy) | Piaskowanie + anodowanie, anodowanie twarde |
| Komponenty precyzyjnego ruchu | Pozycjonowanie wałów, hamulców | Stal nierdzewna 303/304, stal 42CrMo4 | Elektropolerowanie, cynkowanie |
| Części cierne/izolacyjne | Złącza i powiązane elementy połączeniowe | POM, nylon, ABS | Używany w stanie takim, w jakim jest |
Mocowania siłowników i precyzyjne interfejsy
Uchwyty montażowe silników i czujników pełnią funkcję precyzyjnych mocowań siłowników elektrycznych, czujników momentu obrotowego i enkoderów obrotowych. Często posiadają wbudowane kanały kablowe i wypusty montażowe. Wały pozycjonujące i obudowy przegubów robotów zazwyczaj wymagają współosiowości w zakresie ±0.01 mm. Zapewnia to płynne osadzenie łożysk i zapobiega ich zużyciu. Niestandardowe mocowanie egzoszkieletu stojana działa zgodnie z tą samą logiką. Użyj obróbki 3-osiowej w przypadku płaskich uchwytów z prostymi otworami. Przejdź na obróbkę 5-osiową, gdy mocowanie jest owijane wokół siłownika lub ma powierzchnie pod kątem.
Zalety części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Wąskie tolerancje i powtarzalność
CNC utrzymuje tolerancje, których drukowanie i formowanie nie jest w stanie osiągnąć na metalu. Każdy cykl powtarza tę samą ścieżkę narzędzia. Tak więc część pierwsza i część tysiączna są ze sobą powiązane. Aktywny egzoszkielet FreeGait dopasowuje długość uda i piszczeli oraz szerokość bioder do różnych typów sylwetki. Precyzja każdego łącznika bezpośrednio wpływa na komfort noszenia. Powtarzalność to właśnie ta niezawodność regulacji.
Wykończenie powierzchni i obróbka końcowa
Obrobione powierzchnie schodzą z narzędzia gładko. Kolejne etapy obróbki dodatkowo je uszlachetniają. Anodowanie, polerowanie i powlekanie zwiększają odporność na korozję. Piaskowanie i anodowanie są powszechne w przypadku obudów aluminiowych. Elektropolerowanie dobrze sprawdza się w przypadku stali nierdzewnej. Takie wykończenia ułatwiają również czyszczenie. Ma to znaczenie w przypadku części blisko powierzchni.
Typowe materiały CNC do części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Stopy aluminium (6061, 7075)
Stop aluminium zapewnia idealny stosunek wytrzymałości do masy, co umożliwia dynamiczny ruch i długotrwałe użytkowanie. Szybko się obrabia i obniża koszty. Egzoszkielety wykonywane na zamówienie często wykorzystują ramy i mocowania ze stopu aluminium jako podstawowe elementy konstrukcyjne. Stawy biodrowe, kolanowe i barkowe są na nim oparte.
Tytan (gatunek 5 Ti-6Al-4V) i stal nierdzewna (316L)
Tytan jest biokompatybilny, lekki i odporny na korozję. Dobrze sprawdza się w modelach z wyższej półki. Stal nierdzewna jest odporna na zużycie i dobrze znosi sterylizację. Oba materiały są droższe i wolniej się tną niż aluminium. Dlatego warto je zachować na obciążone stawy i precyzyjne części mechaniczne. System RoboGait pozyskał około 90% części mechanicznych od zewnętrznych dostawców. Obejmowało to frezowanie CNC, toczenie, cięcie laserowe, gięcie i spawanie. Dowodzi to, że części obrabiane CNC stanowią podstawę rzeczywistych programów części do egzoszkieletów rehabilitacyjnych.
Druk 3D części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Drukarki 3D mogą wytwarzać wiele różnych części egzoszkieletu robota. Obejmuje to złącza, wsporniki i elementy wewnętrzne akumulatorów. Technologia ta sprawdza się najlepiej w przypadku skomplikowanych kształtów lub gdy potrzeba tylko kilku elementów. W przypadku części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego drukowanie zapewnia szybkość i swobodę projektowania, których nie da się osiągnąć za pomocą tradycyjnych metod.
Zastosowania w częściach egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Mankiety i interfejsy kończyn dopasowane do indywidualnych potrzeb
Każdy pacjent ma inną budowę ciała. Mankiet, który dobrze leży na jednej osobie, może powodować odleżyny u innej. Druk 3D rozwiązuje ten problem, tworząc mankiety bezpośrednio na podstawie danych ze skanowania. Skanujesz kształt kończyny pacjenta, projektujesz interfejs w systemie CAD i drukujesz go jako jeden element. Rezultatem jest spersonalizowany egzoszkielet, który od razu daje poczucie komfortu.
Prototypowanie i produkcja małoseryjna
Prototypowanie to obszar, w którym druk naprawdę się sprawdza. Możesz przetestować nowy projekt złącza, zmienić grubość ścianki i wydrukować ponownie w ciągu nocy. Nie ma kosztów narzędzi ani minimalnych ilości zamówienia. W przypadku produkcji niskoseryjnej druk pozostaje opłacalny, gdy potrzebujesz mniej niż kilkaset sztuk. Obsługuje również pośrednią produkcję cyfrową. Możesz drukować formy wielokrotnego użytku do siłowników egzoszkieletu dłoni, a następnie odlewać z nich elementy silikonowe.
Zalety części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Swoboda projektowania i struktury kratowe
Drukowanie eliminuje wiele ograniczeń projektowych. Możliwe stają się kanały wewnętrzne, kształty organiczne i struktury kratowe. Wypełnienie kratowe zmniejsza wagę przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości. Ma to znaczenie w przypadku urządzeń noszonych, gdzie liczy się każdy gram.
Szybka iteracja i geometria dostosowana do potrzeb pacjenta
Dzięki drukowaniu zmiany w projekcie następują błyskawicznie. Zmieniasz plik CAD i drukujesz ponownie. Nie musisz czekać na nowe narzędzia. Ta szybkość obsługuje geometrię dostosowaną do potrzeb pacjenta, co jest kluczowe w przypadku urządzeń pediatrycznych i ortez niestandardowych.
Typowe materiały do druku 3D
Nylon PA12 i PA11 do SLS i MJF
Nylon PA12 to standardowy materiał do procesów SLS i MJF. Oferuje on równe właściwości mechaniczne, odporność chemiczną i zdolność do tworzenia zawiasów. PA11 jest podobny, ale wytwarzany z roślin. Oba materiały dobrze sprawdzają się w mankietach, obudowach i wspornikach niekonstrukcyjnych.
Tytan i stal nierdzewna do DMLS i SLM
Druk na metalu odbywa się metodą DMLS lub SLM. Tytan Ti-6Al-4V (klasa 5) jest bezpieczny dla ciała i odporny na korozję. Stal nierdzewna 316L również dobrze się drukuje i znosi sterylizację. Materiały te nadają się do implantów nośnych i połączeń poddawanych dużym naprężeniom. Poniższa tabela porównuje kluczowe właściwości.
| Właściwość | Nylon PA12 | Tytan Ti-6Al-4V (klasa 5) |
| Kategoria materiału | Nylon | Metal |
| wytrzymałość na rozciąganie | 48 MPa | 950 MPa |
| Gęstość | 1.01 g / cm³ | 4.43 g / cm³ |
| Temperatura zeszklenia | 175 ° C | 1650 ° C |
| Wydłużenie | 20.0% | 14.0% |
| Typowe procesy drukowania 3D | SLS, MJF | CNC-3, CNC-5, DMLS |
Wybór między nylonem a metalem zależy od wymagań obciążeniowych. Nylon nadaje się do części mających kontakt z ciałem i lekkich elementów konstrukcyjnych. Tytan i stal nierdzewna wytrzymują duże obciążenia i powtarzające się cykle naprężeń. Obie rodziny materiałów są wykorzystywane w produkcji części egzoszkieletów rehabilitacyjnych dla różnych typów urządzeń.
Formowanie wtryskowe części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Formowanie wtryskowe sprawdza się najlepiej, gdy potrzeba tysięcy identycznych elementów z tworzywa sztucznego. Proces ten polega na wtłoczeniu stopionego tworzywa sztucznego do stalowej formy. Następnie forma stygnie, otwiera się i wypuszcza gotowy element. W przypadku części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego, metoda ta umożliwia wytwarzanie dużych ilości osłon, obudów i zacisków kablowych.
Zastosowania w częściach egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Osłony, obudowy i systemy zarządzania kablami
Każdy egzoszkielet potrzebuje osłon ochronnych. Osłony silników chronią przed kurzem. Obudowy skrzynek sterowniczych chronią płytki drukowane. Zaciski do zarządzania okablowaniem prowadzą przewody wzdłuż ramy. Te części mają jedną wspólną cechę. Mają złożone kształty, ale nie przenoszą dużych obciążeń. Uchwyty formowane wtryskowo, które dobrze się ze sobą łączą. Uzyskujesz gładkie powierzchnie, wbudowane zatrzaski i równomierną grubość ścianek w jednym cyklu.
Złącza i elementy mocujące o dużej objętości
Małe łączniki i elementy mocujące szybko się kumulują. Pojedynczy egzoszkielet może wymagać dziesiątek klipsów, zatyczek i zaczepów montażowych. Formowanie tych części pozwala na utrzymanie niskich kosztów jednostkowych po przyspieszeniu produkcji. Proces ten pozwala również zachować niewielkie wymiary. Ma to znaczenie, gdy łącznik musi wskoczyć na swoje miejsce tysiące razy.
Zalety części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Niski koszt jednostkowy w skali
Oprzyrządowanie do formowania wtryskowego wiąże się z dużymi kosztami początkowymi. Formy stalowe mogą kosztować tysiące dolarów. Jednak koszt ten rozkłada się na każdą produkowaną część. Przy małych wolumenach wygrywają CNC i druk 3D. Przy dużych wolumenach oczywistym wyborem staje się formowanie wtryskowe. Próg rentowności zależy od rozmiaru części i złożoności formy. W przypadku małych pokryw i klipsów, formowanie wtryskowe często przewyższa CNC po przekroczeniu kilku tysięcy sztuk.
Spójne właściwości materiałów i opcje kolorystyczne
Formowane elementy wychodzą identycznie. Ta sama żywica, ta sama temperatura, to samo ciśnienie w każdym cyklu. Otrzymujesz przewidywalną wytrzymałość i dopasowanie. Dobór kolorów jest również łatwy. Wystarczy dodać pigment do żywicy. Nie ma potrzeby malowania ani nakładania powłok. To oszczędza czas i zapobiega odpryskiwaniu.
Typowe materiały do formowania wtryskowego
PEEK i PEI do zastosowań o wysokiej wytrzymałości
PEEK klasy medycznej wytrzymuje wysokie temperatury i wielokrotną sterylizację. Jest również odporny na działanie chemikaliów i zużycie. PEI oferuje podobne korzyści przy niższej cenie. Oba materiały nadają się do pokryć konstrukcyjnych i obudów nośnych. Są droższe niż zwykłe tworzywa sztuczne, ale wytrzymują dłużej w wymagających warunkach.
ABS, PC i TPU do części elastycznych i odpornych na uderzenia
ABS jest wytrzymały i łatwy w formowaniu. PC zwiększa odporność na uderzenia i zapewnia przejrzystość. TPU zapewnia elastyczność uchwytów i miękkie punkty dotykowe. Materiały te pokrywają większość mniej istotnych części egzoszkieletu robota. Poniższa tabela porównuje ich kluczowe cechy.
| Materiał | Kluczowa właściwość | Wspólne zastosowanie |
| ABS | Wytrzymały, łatwy do formowania | Pokrywy, obudowy |
| PC | Wysoka udarność | Muszle ochronne |
| TPU | Elastyczny, miękki | Uchwyty, podkładki |
Wybór odpowiedniej żywicy zależy od obciążenia, potrzeb w zakresie sterylizacji i docelowych kosztów. W przypadku wielu części egzoszkieletów rehabilitacyjnych standardowe tworzywa sztuczne sprawdzają się doskonale.
Produkcja blachy do części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Produkcja blachy polega na przekształcaniu płaskich arkuszy w wytrzymałe, lekkie części. Najpierw metal jest cięty. Następnie jest gięty i wykrawany. Gięcie blachy metodą CAM jest kluczowym etapem tego procesu. Umożliwia kształtowanie złożonych części, takich jak egzoszkielet dłoni, z zachowaniem precyzyjnych kątów i krzywizn. W przypadku części egzoszkieletu robota rehabilitacyjnego, metoda ta pozwala na wytwarzanie płyt ramowych, wsporników czujników i płyt montażowych w niskiej cenie.
Zastosowania w częściach egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Płyty ramowe i wsporniki konstrukcyjne
Płyty szkieletowe stanowią podstawę wielu konstrukcji egzoszkieletów. Łączą stawy, przenoszą obciążenia i utrzymują wszystko w jednej linii. Typowa płyta szkieletowa może mieć grubość kilku milimetrów. Jest ona wyginana w kanał lub kształt litery L, aby uzyskać większą sztywność. To właśnie te elementy często przenoszą główne obciążenie w urządzeniach kończyn dolnych.
Uchwyty czujników i płytki montażowe
Czujniki wymagają stabilnych punktów montażu. Niewielkie przesunięcie może zakłócić odczyty kąta lub pomiary siły. Metalowe wsporniki utrzymują enkodery, moduły IMU i czujniki siły na miejscu. Płyty montażowe mocują również skrzynki sterownicze i akumulatory. Te części egzoszkieletu robota mają prosty kształt, ale są bardzo ważne dla dokładności systemu.
Zalety części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Ekonomiczne rozwiązanie dla cienkich, płaskich kształtów
Blacha sprawdza się najlepiej, gdy elementy są cienkie i płaskie. Cięcie i gięcie kosztuje znacznie mniej niż frezowanie CNC litego bloku. Marnuje się również mniej materiału. W przypadku dużych płyt ramowych ta różnica cenowa szybko rośnie. Płyta tłoczona lub cięta laserowo może kosztować ułamek ceny płyty obrabianej maszynowo.
Szybka realizacja prototypów i małych partii
Prototypowanie z blachy przebiega błyskawicznie. Można wyciąć projekt laserowo w ciągu kilku godzin, wygiąć go i przetestować dopasowanie tego samego dnia. Małe partie nie wymagają żadnych narzędzi. Taka szybkość pozwala zespołom udoskonalić geometrię ramy bez konieczności czekania tygodniami na formy lub odlewy.
Typowe materiały blacharskie
Blachy aluminiowe i ze stali nierdzewnej
Blachy ze stopów aluminium, takie jak 5052 lub 6061, zapewniają doskonały stosunek wytrzymałości do masy. Są odporne na rdzę i łatwo się wyginają. Blachy ze stali nierdzewnej zapewniają większą wytrzymałość i lepszą odporność na zużycie. Gatunki 304 i 316 to popularne rozwiązania. Stal nierdzewna jest droższa, ale dobrze znosi intensywne czyszczenie i sterylizację. Poniższa tabela porównuje kluczowe cechy.
| Materiał | Kluczowa właściwość | Wspólne zastosowanie |
| stop aluminium | Lekki, odporny na rdzę | Płyty ramowe, wsporniki |
| Ze stali nierdzewnej | Mocny, odporny na zużycie | Mocowania czujników, płyty obciążeniowe |
Obróbka powierzchni w celu zapewnienia odporności na zużycie i rdzę
Części aluminiowe są często anodowane w celu ochrony. W przypadku płyt szkieletowych egzoszkieletów wyróżnia się dwie metody:
- Utlenianie mikrołukowe (MAO) i twarde anodowanie pozwalają na uzyskanie gęstej, połączonej powłoki ceramicznej na złożonych kształtach.
- Uszczelnione, anodowane na twardo powierzchnie lub powierzchnie z powłoką MAO wytrzymują długotrwałe testy w mgle solnej bez wżerów. Powierzchnie te są również całkowicie uszczelnione, aby zapobiec pękaniu korozyjnemu naprężeniowemu w wilgotnych warunkach lub na zewnątrz.
Zabiegi te wydłużają żywotność części i zapewniają bezpieczeństwo urządzenia podczas codziennego użytkowania. Wybór odpowiednich materiałów i wykończeń części egzoszkieletu rehabilitacyjnego przekłada się na trwałość i komfort użytkownika.
Formowanie kompozytowe i silikonowe części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Elementy kompozytowe są wytrzymałe, ale ważą bardzo mało. Laminaty z włókna węglowego i szklanego zapewniają sztywność, jakiej metal nie jest w stanie osiągnąć przy tej samej wadze. Elementy silikonowe pozostają miękkie w miejscu kontaktu urządzenia ze skórą. Te dwie rodziny materiałów pełnią różne funkcje. Oba są niezbędne w nowoczesnych częściach egzoszkieletów robotów.
Procesy kompozytowe dla części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Techniki laminowania i formowania kompresyjnego
Layup rozpoczyna się od arkuszy tkaniny włóknistej. Umieszcza się je w formie warstwa po warstwie. Żywica epoksydowa spaja włókna. W przypadku formowania tłocznego włókno umieszcza się między dwiema połówkami formy. Hydrauliczny stół formierski wykorzystuje wysokie ciśnienie i temperaturę. Kształtuje to i utwardza element w jednym etapie. Proces jest wydajny, precyzyjny pod względem rozmiaru i tani. Pozwala uzyskać wysokiej jakości gotowe elementy o stabilnych właściwościach. Płyty ramowe i skorupy konstrukcyjne dobrze sprawdzają się w tej metodzie. Nadaje się ona do elementów wymagających wytrzymałości w jednym głównym kierunku.
Formowanie transferowe żywicy do elementów o wysokiej wytrzymałości
Formowanie metodą transferu żywicy (RTM) wykorzystuje inną konfigurację. Polega ona na użyciu sztywnej, dwuczęściowej formy. Forma zawiera włókno wzmacniające lub preformę. Mieszanina żywicy i katalizatora topi się w ogrzewanym zbiorniku transferowym. Tłok wtłacza ją do wnęki formy pod ciśnieniem. Niskie ciśnienie i niska temperatura zapewniają stabilny proces przez cały czas. Forma pozostaje zamknięta do momentu całkowitego utwardzenia żywicy. Po utwardzeniu wyjmuje się gotowy element. Istnieją również warianty takie jak infuzja próżniowa i RTM wspomagane próżnią. Kluczowe ustawienia, takie jak czas nagrzewania, temperatura topienia, zastosowana siła i czas chłodzenia, wymagają starannej kontroli. RTM nadaje się do złożonych kształtów, które wymagają równomiernej grubości ścianek i niewielkiej liczby pustych przestrzeni.
Formowanie silikonowe części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Mankiety, podkładki i wkładki kontaktowe
Części mające kontakt z ciałem użytkownika są często wykonane z silikonu. Materiał ten jest lekki i delikatny dla skóry. Mankiety owijają się wokół uda lub ramienia. Wkładki amortyzują punkty nacisku. Wkładki znajdują się między sztywną ramą a skórą użytkownika. Standardowym procesem dla tych części jest formowanie wtryskowe ciekłego silikonu. Materiał wlewa się do rozgrzanej formy i utwardza, tworząc elastyczną masę. Dobrze wykonana część silikonowa nie ma szwów ani ostrych krawędzi. To ma znaczenie dla komfortu noszenia przez długi czas.
Lekkie i przyjazne dla skóry właściwości
Silikon ma niską gęstość. Dzięki temu całe urządzenie jest lżejsze. Nie podrażnia skóry ani nie wywołuje reakcji alergicznych. Powierzchnia pozostaje przyczepna, ale jednocześnie wystarczająco miękka, aby zapobiegać powstawaniu odleżyn. Czyszczenie jest łatwe za pomocą mydła i wody lub medycznych środków dezynfekujących. Te cechy sprawiają, że silikon jest doskonałym wyborem na każdą powierzchnię, która ma bezpośredni kontakt z użytkownikiem. Warto zauważyć, że silikon zapobiega również rozwojowi bakterii.
Kiedy wybrać kompozyty lub silikony
Redukcja masy a sztywność konstrukcyjna
Kompozyty wygrywają, gdy potrzebna jest sztywność przy niskiej masie. Płyta ramy z włókna węglowego waży znacznie mniej niż aluminiowa o tej samej grubości. Jednak produkcja kompozytów jest droższa. Proces formowania wymaga narzędzi i wykwalifikowanych pracowników. Silikon wygrywa, gdy elastyczność liczy się bardziej niż sztywność. Wybierz kompozyty do konstrukcji nośnych. Wybierz silikon, aby zapewnić komfort interfejsów.
Komfort, higiena i trwałość
Części silikonowe są odporne na pot, oleje i bakterie. Można je czyścić ściereczką lub sterylizować. Części kompozytowe są trudniejsze do czyszczenia ze względu na bardziej porowatą powierzchnię. W przypadku długotrwałego użytkowania silikon pozostaje komfortowy i higieniczny. Kompozyty zachowują swoją strukturę przez wiele cykli. Oba materiały są istotne w produkcji nowoczesnych części egzoszkieletów rehabilitacyjnych. Z praktycznego punktu widzenia, rozsądnym podejściem jest użycie każdego z nich tam, gdzie sprawdza się najlepiej.
Właściwości materiałów krytyczne dla części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Wybór odpowiedniego materiału na części egzoszkieletu rehabilitacyjnego to nie tylko kwestia wytrzymałości. Chodzi o bezpieczeństwo, komfort i trwałość urządzenia. Zbyt ciężka rama będzie męczyć pacjenta. Mankiet, który podrażnia skórę, zostanie zdjęty. Dlatego właściwości wybranego materiału wpływają na odczucia użytkownika.
Biozgodność i bezpieczeństwo skóry w częściach egzoszkieletu rehabilitacyjnego
ISO 10993 i wymagania dotyczące cytotoksyczności
Każdy materiał mający kontakt ze skórą musi przejść rygorystyczne testy bezpieczeństwa. Norma ISO 10993-5:2009, część 5, określa zasady badań cytotoksyczności in vitro. Test ten sprawdza, czy materiał zabija komórki. W jednym z badań nad materiałem mającym kontakt ze skórą, ekstrakty uzyskano poprzez namaczanie materiału w medium bez surowicy w różnych stężeniach przez 72 godziny. Następnie ekstrakty filtrowano przed dodaniem do hodowli komórkowych. Zakres stężeń dobrano tak, aby uniknąć problemów związanych z grubością, które mogłyby wpływać na kształt, ruch i funkcję komórek. Tego rodzaju testy dowodzą, że materiał nie zaszkodzi użytkownikowi.
Odpowiednia analiza i badania niekliniczne (takie jak opisane w aktualnie uznawanych przez FDA wydaniach norm ANSI/AAMI/ISO 10993-1, „Biological Evaluation of Medical Devices — Part 1: Evaluation and Testing Within a Risk Management Process”, ANSI/AAMI/ISO 10993-5, „Biological Evaluation of Medical Devices — Part 5: Tests for In Vitro Cytotoxicity” i ANSI/AAMI/ISO 10993-10, „Biological Evaluation of Medical Devices — Part 10: Tests for Irritation and Skin Sensitization”) muszą potwierdzić, że elementy urządzenia mające kontakt ze skórą są biozgodne.
Opcje materiałów hipoalergicznych i nietoksycznych
Niektóre osoby źle reagują na niektóre metale. Nikiel jest częstą przyczyną. Dlatego stal nierdzewna 316L klasy medycznej i tytan są bezpieczniejszym wyborem na części mające kontakt z ciałem. Silikon również sprawdza się dobrze, ponieważ nie powoduje reakcji alergicznych. Pozostaje miękki i zapewnia dobrą przyczepność. W przypadku każdej powierzchni mającej kontakt ze skórą należy sprawdzić certyfikat materiału. Powinien on potwierdzać, że stop lub polimer spełnia normy biokompatybilności.
Wytrzymałość i odporność na zmęczenie w częściach egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Granica plastyczności i nośność
Granica plastyczności informuje, jakie obciążenie może wytrzymać dana część, zanim ulegnie trwałemu wygięciu. Stop aluminium 6061-T6 ma granicę plastyczności 310 MPa. Dobrze sprawdza się w przypadku części o niskim obciążeniu i konstrukcji drugorzędnych. Tytan klasy 5 ma znacznie większą wytrzymałość. Pasuje do złączy i wsporników, które przenoszą pełny ciężar użytkownika. Pomiędzy nimi znajduje się stal nierdzewna 316L. Jest odporna na zużycie i wytrzymuje sterylizację. Droga obciążenia przez urządzenie decyduje, który materiał zostanie gdzie przeniesiony.
Obciążenie cykliczne i długoterminowa trwałość
Egzoszkielety poruszają się wraz z użytkownikiem. Każdy krok, każde sięgnięcie, każdy chwyt dodaje cykl obciążenia. W ciągu tysięcy cykli niewielkie naprężenia mogą pęknąć element. Zjawisko to nazywa się zmęczeniem. Materiały o wysokiej odporności na zmęczenie są trwalsze. Tytan i stal nierdzewna dobrze znoszą powtarzające się obciążenia. Polimery takie jak PEEK również są wytrzymałe, ale mają swoje ograniczenia. Projektanci powinni testować prototypy w rzeczywistych cyklach. Element, który przetrwa testy laboratoryjne, może zawieść w codziennym użytkowaniu.
Waga i komfort w częściach egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Porównania gęstości metali i polimerów
Waga ma ogromne znaczenie w przypadku urządzeń noszonych. Ciężka rama szybko męczy pacjenta. Kluczową wartością jest tutaj gęstość. Niższa gęstość oznacza mniejszą wagę przy tej samej objętości. Poniższa tabela porównuje popularne materiały.
| Materiał | Granica plastyczności (MPa) | Odporność na zmęczenie |
| Aluminium 6061-T6 | 310 | Umiarkowany |
| Tytan Ti-6Al-4V | Wysoki | Wysoki |
| Stal nierdzewna 316L | Umiarkowany | Wysoki |
| PEEK | Umiarkowany | Umiarkowany |
| Nylon PA12 | 48 | Niski |
| silikon | Nie dotyczy | Niski |
Stop aluminium oferuje wysoki stosunek wytrzymałości do masy przy niskiej cenie. Tytan jest droższy, ale pozwala zaoszczędzić na wadze, zwiększając jednocześnie wytrzymałość. PEEK i nylon są znacznie lżejsze od metali. Dobrze sprawdzają się w przypadku osłon i elementów niekonstrukcyjnych. Silikon pozostaje miękki i lekki w przypadku mankietów i ochraniaczy.
Równoważenie sztywności z komfortem noszenia
Sztywność utrzymuje urządzenie w jednej linii. Zbyt duża sztywność sprawia wrażenie sztywnego i niewygodnego. Zbyt mała sztywność powoduje, że części wyginają się i odkształcają. Celem jest równowaga. Użyj sztywnych materiałów w stawach i ramie. Użyj miękkich materiałów w punktach styku. Takie połączenie zapewnia stabilność urządzenia bez utraty komfortu. Dobór materiałów nie polega na jednym idealnym wyborze. Chodzi o połączenie odpowiednich właściwości dla każdej części. Z praktycznego punktu widzenia, to właśnie to połączenie sprawia, że egzoszkielet rehabilitacyjny jest narzędziem, a nie obciążeniem.
Studia przypadków części robotów egzoszkieletów
Wspólna obudowa części egzoszkieletu do rehabilitacji kończyn dolnych
Uzasadnienie wyboru procesu i materiałów
Urządzenie kończyny dolnej wymaga obudowy stawu biodrowego, która utrzyma cały ciężar użytkownika podczas chodzenia. Zespół projektowy wybrał do tego elementu stop aluminium 7075. Materiał ten charakteryzuje się doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy i jest szybki w obróbce. Obudowa posiada otwory łożyskowe, które muszą być wykonane z dokładnością do 0.1 mm, aby zapewnić płynny ruch. Pięcioosiowa obróbka CNC była w tym przypadku oczywistym wyborem. Obróbka ta umożliwia cięcie wszystkich powierzchni w jednym ustawieniu, dzięki czemu element pozostaje precyzyjny. Obudowy silników stawu biodrowego często wykorzystują to samo podejście.
Wyniki wydajności i produkcji
Gotowa obudowa przeszła testy zmęczeniowe w tysiącach cykli obciążenia. Masa części spadła w porównaniu z wcześniejszą wersją stalową. Cykle produkcyjne pozostały powtarzalne, a każda jednostka była identyczna z pierwszą. Ten przypadek pokazuje, jak dobór materiałów i procesu współdziała w przypadku części egzoszkieletu rehabilitacyjnego.
Mocowanie czujnika do egzoszkieletu do rehabilitacji kończyn górnych
Ograniczenia projektowe i metoda produkcji
Urządzenie do kończyn górnych wymagało uchwytu do zamocowania czujnika momentu obrotowego w pobliżu łokcia. Uchwyt musiał zmieścić się w ciasnej przestrzeni i utrzymać czujnik w osi z tolerancją ±0.01 mm. Wymagał również wbudowanego prowadzenia kabli. Trzyosiowe sterowanie CNC było tutaj wystarczające, ponieważ element miał płaskie powierzchnie i proste otwory. Brak skomplikowanych krzywizn oznaczał brak konieczności obróbki pięcioosiowej.
Wyzwania związane z wyborem materiałów i integracją
Zespół wybrał stal nierdzewną 316L ze względu na jej odporność na zużycie i łatwość czyszczenia. Materiał ten dobrze znosi sterylizację. Głównym wyzwaniem była integracja czujnika bez zwiększania jego masy. Ostateczny projekt opierał się na cienkiej płytce z wypustkami montażowymi. Idealnie pasowała i zapewniała stabilność odczytów.
Mankiet niestandardowy do części egzoszkieletu rehabilitacyjnego dla dzieci
Wymagania specyficzne dla pacjenta i drukowanie 3D
Dzieci rosną szybko, więc standardowy mankiet rzadko pasuje na dłużej. Zespół wykorzystał druk 3D do stworzenia mankietów bezpośrednio na podstawie danych ze skanowania. Nylon PA12 sprawdził się w tym zastosowaniu. Jest lekki, wytrzymały i wystarczająco elastyczny, aby zapewnić komfort. Każdy mankiet idealnie pasował do kształtu kończyny dziecka.
Walidacja biokompatybilności i komfortu
Mankiet przeszedł testy cytotoksyczności zgodne z normą ISO 10993. Silikonowa wyściółka zapewnia dodatkową miękkość w punktach nacisku. Rodzice nie zgłaszali żadnych podrażnień skóry po kilku tygodniach użytkowania. Ten przypadek dowodzi, że produkcja może dostosować się do potrzeb każdego pacjenta, gdy proces jest dostosowany do jego potrzeb.
Normy regulacyjne i jakościowe dla części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Zasady kształtują sposób, w jaki budujesz części egzoszkieletu rehabilitacyjnego. Decydują również o tym, na jakich rynkach możesz sprzedawać. Najważniejsze są dwa ważne przepisy. Jeden pochodzi od FDA, a drugi od Unii Europejskiej.
Normy dotyczące wyrobów medycznych dla części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
ISO 13485 i Systemy Zarządzania Jakością
Norma ISO 13485 ustanawia zasady zarządzania jakością dla wyrobów medycznych. Obejmuje ona projektowanie, produkcję i działania podejmowane po wprowadzeniu produktu do sprzedaży. Rozporządzenie MDR UE wskazuje na tę normę w załącznikach do oceny zgodności. Jednak samo posiadanie certyfikatu ISO 13485 nie spełnia wymogów MDR. Nadal potrzebujesz dokumentów dotyczących konkretnego produktu.
Rozporządzenie FDA w sprawie systemu jakości i wymogi MDR UE
Agencja Żywności i Leków (FDA) nazywa swój system Rozporządzeniem o Systemie Jakości. Ostatnie aktualizacje zbliżyły go do normy ISO 13485. W rezultacie powstał Rozporządzenie o Systemie Zarządzania Jakością (QMSR). Poniższa tabela pokazuje różnice między tymi dwoma ramami.
| Wymiary | FDA QMSR | UE MDR |
| Filozofia regulacyjna | System jakości skoncentrowany na procesach produkcyjnych | Pełna regulacja produktu w całym cyklu życia urządzenia |
| Dostosowanie systemu jakości | Zgodne z normą ISO 13485 oraz przepisami FDA | Odwołuje się do normy ISO 13485, ale wymaga więcej dokumentów produktowych |
| Dowody kliniczne | Różni się w zależności od ścieżki (PMA vs. 510(k)) | Wymaga ustrukturyzowanej oceny klinicznej |
| System UDI | FDA UDI z własną bazą danych | UDI w EUDAMED, niezależnie od FDA |
| Nadzór po wprowadzeniu na rynek | Mniej normatywne | Jawne raporty PSUR, PMCF i stały nadzór |
| Trasa autoryzacji | Zatwierdzenie 510(k) lub PMA | Przegląd jednostki notyfikowanej i oznakowanie CE |
Urządzenia klasy III MDR są mniej więcej takie same jak urządzenia klasy III FDA lub nowe urządzenia klasy II, które wymagają zatwierdzenia PMA. Urządzenia klasy IIa i IIb MDR odpowiadają urządzeniom klasy II FDA o umiarkowanym ryzyku, które są dopuszczone do obrotu w ramach procedury 510(k).
Certyfikaty materiałów i procesów dla części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
ISO 9001 i spójna produkcja
Norma ISO 9001 pomaga zapewnić identyczny rezultat formowanych i obrabianych części za każdym razem. Przed pobraniem próbek, przedprodukcyjna kontrola formy weryfikuje dokładność oprzyrządowania. Monitorowanie w trakcie procesu utrzymuje temperaturę, ciśnienie i czasy cykli w ustalonych granicach. Kontrola końcowa potwierdza wymiary i wygląd części. Certyfikaty materiałowe i zapisy kontroli zapewniają identyfikowalność. Ta dyscyplina podnosi jakość części robotów medycznych w każdym cyklu produkcyjnym.
Produkty robotyczne są poddawane rygorystycznym testom na podstawie certyfikatów ISO 9001 i IATF 16949, a kontrole jakości są integralną częścią procesu produkcyjnego, co ma na celu zapewnienie, że gotowe podzespoły wytrzymują obciążenia fizyczne i spełniają rygorystyczne specyfikacje.
Normy biokompatybilności i sterylizacji
Części mające kontakt ze skórą muszą przejść testy ISO 10993. Testy cytotoksyczności, podrażnienia i uczulenia potwierdzają ich bezpieczeństwo. Metody sterylizacji różnią się w zależności od materiału. Niektóre tworzywa sztuczne wytrzymują temperaturę autoklawu. Inne wymagają tlenku etylenu lub promieniowania gamma. Wybór materiału i metoda sterylizacji muszą do siebie pasować. Ta biozgodność i tolerancja sterylizacji zapewniają bezpieczeństwo pacjentom.
Dokumentacja i identyfikowalność części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Rekordy główne urządzeń i rekordy partii
Każda część egzoszkieletu rehabilitacyjnego wymaga głównego rekordu urządzenia. Zawiera on specyfikacje projektowe, rysunki i kroki procesu. Rejestry partii śledzą przebieg procesu produkcji. Te pliki dowodzą, że każdy element spełnia swoją specyfikację.
Certyfikaty materiałowe i walidacja procesów
Certyfikaty materiałowe potwierdzają gatunek stopu lub polimeru. Walidacja procesu dowodzi, że metoda działa za każdym razem. Precyzyjna kontrola zamyka cykl. Wykrywa dryft przed wysyłką wadliwych części. Z praktycznego punktu widzenia, solidna dokumentacja chroni zarówno pacjenta, jak i producenta.
NOBLE: Produkcja części egzoszkieletu rehabilitacyjnego od projektu do montażu
Firma NOBLE zajmuje się metalowymi i plastikowymi częściami do produkcji egzoszkieletów. Firma stosuje wszystkie metody, o których mówiliśmy w tym artykule. Obróbka CNC, druk 3D, formowanie wtryskowe i obróbka blachy – wszystko odbywa się pod jednym dachem. Większość egzoszkieletów składa się z różnych materiałów. Wytrzymałe metale są wykorzystywane w połączeniach i ramach. Tworzywa sztuczne i silikon pokrywają resztę. Współpraca z jednym partnerem ogranicza przekazywanie części między różnymi dostawcami.
Ekspertyza w zakresie obróbki metali i tworzyw sztucznych
Obróbka CNC, druk 3D, formowanie wtryskowe i blacha
Firma NOBLE realizuje wszystkie cztery typy procesów. Maszyny CNC wycinają obudowy przegubów z bardzo wąskimi tolerancjami. Pięcioosiowe układy scalone obsługują skomplikowane krzywizny części biodrowych i kolanowych. Dział CNC pracuje 24 godziny na dobę, realizując powtarzalne zamówienia. Drukarki 3D tworzą mankiety na zamówienie na podstawie danych ze skanów pacjentów. Formowanie wtryskowe wytwarza pokrywy w dużych ilościach. Produkcja blachy pozwala na gięcie płyt ramowych w ciągu kilku godzin, tworząc prototypy.
Dobór materiałów i optymalizacja procesów
Wybór odpowiedniego materiału zależy od funkcji danej części. Połączenia nośne wymagają wytrzymałych metali, takich jak tytan lub aluminium. Mankiety wymagają miękkiego silikonu lub nylonu. Plastikowe osłony dobrze sprawdzają się w połączeniu z ABS lub PC. Nie ma jednego materiału, który sprawdziłby się w każdym przypadku. Zespół NOBLE pomaga w wyborze najlepszej kombinacji. Dopasowują odpowiedni materiał do odpowiedniego procesu dla każdej części. Takie połączenie zapewnia wysoką jakość i niskie koszty produkcji. Część wymagająca ciasnych otworów trafia do centrum CNC w celu precyzyjnej obróbki.
Certyfikaty i gwarancja jakości
ISO 9001 i ISO 13485
Norman Noble posiada certyfikat ISO 13485, który od wielu lat utrzymuje.
Firma NOBLE przestrzega również normy ISO 9001. Norma ta gwarantuje, że części pozostają takie same w każdym cyklu produkcyjnym. Każdy proces przebiega zgodnie z opisanymi krokami. Każda zmiana korzysta z tych samych ustawień. W połączeniu z certyfikatem ISO 13485, normy te dają klientom pewność co do każdej partii, którą otrzymują.
Pełna identyfikowalność i kontrola
Każda partia jest rejestrowana od początku do końca. Certyfikaty materiałowe potwierdzają gatunek stopu lub polimeru. Kontrola rejestruje wymiary i wykończenie powierzchni. Jeśli jakikolwiek rozmiar wykracza poza specyfikację, zapisy pokazują, kiedy i dlaczego. Ten poziom szczegółowości ułatwia przeprowadzanie audytów bez dodatkowej pracy.
Kompleksowe usługi w zakresie części egzoszkieletów rehabilitacyjnych
Projektowanie, prototypowanie, produkcja i montaż
Dział NOBLE obsługuje cały łańcuch dostaw części do egzoszkieletów rehabilitacyjnych. Zespoły projektowe ułatwiają budowę części dzięki wybranemu procesowi. Testy dopasowania prototypów przed rozpoczęciem produkcji. Produkcja jest skalowana do żądanej wielkości. Dział montażu składa wszystko w gotowe urządzenia.
Współpraca od koncepcji do gotowego urządzenia
Wczesne zaangażowanie ma ogromne znaczenie w projektowaniu i produkcji egzoszkieletów. Zespół NOBLE doradza w zakresie doboru materiałów, procesu produkcyjnego i projektowania. Skraca to czas realizacji i ogranicza liczbę poprawek. Rezultatem jest płynniejsza droga od koncepcji do gotowego urządzenia.
Pięć grup procesów – precyzyjna obróbka CNC, druk 3D, formowanie wtryskowe, produkcja blach oraz formowanie kompozytowe lub silikonowe – sprawdza się najlepiej w przypadku różnych części egzoszkieletu rehabilitacyjnego. Stop aluminium jest dobry na ramy, gdy waga ma znaczenie. Stal nierdzewna dobrze znosi połączenia o dużym obciążeniu i jest odporna na rdzę. To dobry wybór w przypadku stosowania w pobliżu ciała. Stop aluminium pasuje do części drugorzędnych, gdzie liczy się oszczędność wagi. Wybierz proces, kierując się potrzebną dokładnością i liczbą produkowanych części. CNC zapewnia ścisłe tolerancje i powtarzalne rezultaty w przypadku złożonych części. Dobry partner produkcyjny posiada certyfikat ISO 13485 i zajmuje się wszystkim, od projektowania po montaż. Wysokiej jakości produkcja zapewnia identyfikowalność każdej partii. W przyszłości nowe metody sprawią, że części egzoszkieletu będą lżejsze, bezpieczniejsze i lepiej dopasowane do każdego pacjenta.
Często zadawane pytania dotyczące części egzoszkieletu rehabilitacyjnego
Jaką metodę produkcji powinienem wybrać do produkcji części egzoszkieletu rehabilitacyjnego?
Zależy to od kształtu części, jej wymaganej dokładności i liczby potrzebnych elementów. CNC sprawdza się w przypadku połączeń metalowych wymagających ścisłych tolerancji. Druk 3D sprawdza się w przypadku niestandardowych mankietów i wczesnych modeli. Formowanie wtryskowe najlepiej sprawdza się w przypadku jednoczesnego wytwarzania wielu plastikowych osłon. Blacha jest przeznaczona do płaskich płyt ramowych. Wybierz metodę, która najlepiej odpowiada Twoim potrzebom.
Które materiały są bezpieczne dla części egzoszkieletu mających kontakt ze skórą?
Silikon to najlepszy wybór na mankiety i ochraniacze. Pozostaje miękki, działa bakteriobójczo i spełnia normy ISO 10993. Stal nierdzewna 316L klasy medycznej i tytan są również bezpieczne w kontakcie ze skórą. Unikaj materiałów zawierających nikiel.
Jak wypadają w porównaniu obróbka CNC i drukowanie 3D w przypadku stawów egzoszkieletu?
CNC pozwala na uzyskanie tolerancji ±0.005 mm w przypadku połączeń tytanowych lub aluminiowych. Jest to najlepszy wybór w przypadku części produkcyjnych gotowych do użycia. Druk 3D sprawdza się najlepiej w przypadku wczesnych modeli i niestandardowych mankietów, a nie w przypadku połączeń nośnych wymagających ścisłych tolerancji.
Jakie normy regulacyjne dotyczą części egzoszkieletów rehabilitacyjnych?
Norma ISO 13485 obejmuje zarządzanie jakością. W zależności od miejsca sprzedaży obowiązują przepisy FDA dotyczące systemu jakości lub unijne przepisy MDR. Części mające kontakt ze skórą muszą przejść testy biokompatybilności zgodne z normą ISO 10993.
Czy w jednym egzoszkielecie można stosować różne materiały?
Tak. Popularnym rozwiązaniem jest połączenie aluminiowych ram z tytanowymi lub stalowymi łącznikami. Pozwala to zmniejszyć masę w miejscach o niskim obciążeniu i zwiększyć wytrzymałość w miejscach narastania naprężeń.
Kiedy formowanie wtryskowe ma sens w przypadku części egzoszkieletu?
Formowanie wtryskowe pozwala zaoszczędzić pieniądze, gdy potrzebujesz tysięcy identycznych części plastikowych. Sprawdza się doskonale w przypadku pokryw, obudów, zacisków kablowych i złączy.
Jakie obróbki powierzchniowe pomagają częściom egzoszkieletu zachować dłuższą żywotność?
Części aluminiowe poddawane są twardemu anodowaniu lub utlenianiu mikrołukowemu. Stal nierdzewna jest elektropolerowana. Powłoki te są odporne na zużycie, rdzę i środki czyszczące.
Który materiał na mankiety egzoszkieletu jest lepszy: nylon czy silikon?
Silikon jest bardziej miękki i delikatny dla skóry w przypadku mankietów przylegających do ciała. Nylon PA12 jest twardszy i nadaje się do elementów konstrukcyjnych wymagających pewnej elastyczności. Wybierz silikon dla wygody, a nylon dla wytrzymałości.
