本期，讓我們通過(guò)FraunhoferIAPT研究所在3D打印應(yīng)用方面的最新案例，一起來(lái)領(lǐng)略Fraunhofer在涵蓋材料和工藝開(kāi)發(fā)以及質(zhì)量保證領(lǐng)域?yàn)橥苿?dòng)增材制造發(fā)展作出的貢獻(xiàn)。

 

▲©FraunhoferIAPT

 

 

 

從漢堡到都靈的一項(xiàng)跨越國(guó)界的創(chuàng)新吸引了汽車(chē)愛(ài)好者的注意：菲亞特克萊斯勒汽車(chē)公司(FCA)和弗勞恩霍夫Fraunhofer增材制造技術(shù)研究所IAPT共同為FCA跑車(chē)開(kāi)發(fā)了帶有集成制動(dòng)鉗的3D打印輪架。

 

▲©FraunhoferIAPT

 

弗勞恩霍夫IAPT正在削減關(guān)鍵汽車(chē)零部件的成本，并將其方案推向生產(chǎn)領(lǐng)域。而這些研發(fā)工作帶來(lái)的技術(shù)轉(zhuǎn)移將幫助提高整個(gè)FCA在集成設(shè)計(jì)、材料和工藝技術(shù)領(lǐng)域的增材制造能力。

 

弗勞恩霍夫IAPT與菲亞特的增材研究合作始于一個(gè)大膽的問(wèn)題：如何使用3D打印實(shí)現(xiàn)跑車(chē)的完整懸架系統(tǒng)？目前，該系統(tǒng)仍由輪架、制動(dòng)鉗（包括液壓系統(tǒng)）和隔熱罩等各種獨(dú)立部件組成。過(guò)去，這些組件是單獨(dú)制造的，然后使用螺釘、密封件和墊圈分幾個(gè)步驟組裝，以形成一個(gè)完整的功能系統(tǒng)?？偠灾@是一個(gè)復(fù)雜、耗時(shí)且昂貴的過(guò)程。

 

弗勞恩霍夫IAPT與FCA設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)一起徹底重新考慮整個(gè)車(chē)輪懸架，以實(shí)現(xiàn)一體式仿生結(jié)構(gòu)，至少同樣地滿(mǎn)足之前組件的所有功能，吸收所有力，重量-優(yōu)化，并且可以通過(guò)3D打印來(lái)生產(chǎn)。

 

結(jié)果令人印象深刻：通過(guò)使用拓?fù)鋬?yōu)化，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)原型，其重量比傳統(tǒng)制造組件的12個(gè)獨(dú)立部件輕36%。仿生優(yōu)化設(shè)計(jì)極大地減少了組裝工作，由于結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固而提高了疲勞強(qiáng)度，并且在噪音、振動(dòng)和粗糙度(NVH)方面也應(yīng)該表現(xiàn)更好。

 

巧妙的整體設(shè)計(jì)消除了許多典型的弱點(diǎn)，從而延長(zhǎng)了其使用壽命。該組件展示了增材制造在未來(lái)汽車(chē)中的潛力，3D打印的帶集成制動(dòng)鉗的輪架是世界首創(chuàng)，這僅僅是個(gè)開(kāi)始：它是許多其他項(xiàng)目的起點(diǎn)。這個(gè)項(xiàng)目總體的重點(diǎn)是降低制造成本，通過(guò)顯著提高生產(chǎn)速度，F(xiàn)raunhoferIAPT這個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目是產(chǎn)學(xué)研合作的一個(gè)很好的例子。這個(gè)組件展示了如何將AM增材制造應(yīng)用于豪華和跑車(chē)的批量生產(chǎn)。

基于A(yíng)I重建個(gè)性化的患者陶瓷指關(guān)節(jié)

 

在FingerKIt項(xiàng)目中，F(xiàn)raunhoferIAPT、IKTS、ITEM、IWM和MEVIS合作首次實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)再到符合認(rèn)證的特定患者植入物制造過(guò)程中的連續(xù)自動(dòng)化流程鏈。該項(xiàng)目的工作重點(diǎn)是滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的手指關(guān)節(jié)植入物市場(chǎng)。

 

▲©FraunhoferIAPT

 

相對(duì)較小的植入物在個(gè)人配合和生物力學(xué)負(fù)荷方面有很高的要求。因此，以前的治療形式，無(wú)論是在類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎或外傷的情況下，都經(jīng)常導(dǎo)致關(guān)節(jié)僵硬。為這些適應(yīng)癥提供一種新的治療方式并通過(guò)個(gè)性化的關(guān)節(jié)植入物，實(shí)現(xiàn)手指關(guān)節(jié)的再活動(dòng)是FraunhoferIAPT所參與的FingerKIt項(xiàng)目的核心技術(shù)目標(biāo)。

 

作為項(xiàng)目的一部分，F(xiàn)raunhoferMEVIS和IWM正在開(kāi)發(fā)一個(gè)模型，在此基礎(chǔ)上可以從2DX射線(xiàn)數(shù)據(jù)創(chuàng)建受損關(guān)節(jié)的3D圖像。將來(lái)，這將消除CT掃描的成本密集和壓力大的診斷程序。

 

▲©FraunhoferIAPT

 

開(kāi)發(fā)的模型隨后將在FraunhoferIWM中用于模擬個(gè)性化植入物的生物力學(xué)要求。在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，F(xiàn)raunhoferIAPT首先創(chuàng)建植入物的初始設(shè)計(jì)，然后訓(xùn)練算法，目的是從可用的模擬數(shù)據(jù)中自動(dòng)生成個(gè)性化的植入物設(shè)計(jì)。

 

然后以合適的數(shù)據(jù)形式提供這些數(shù)據(jù)，用于FraunhoferIAPT和IKTS增材制造過(guò)程。

 

在項(xiàng)目中，F(xiàn)raunhoferIAPT專(zhuān)注于鈦模型材料的基于粘合劑的制造技術(shù)的工藝開(kāi)發(fā)，F(xiàn)raunhoferIKTS負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)合適的氧化物或氮化物陶瓷材料，旨在提高生物相容性和骨整合，從而改善植入物對(duì)原始關(guān)節(jié)的適應(yīng)性特性。

 

FraunhoferITEM與FraunhoferIWM和FraunhoferIKTS一起負(fù)責(zé)對(duì)植入物特性的持續(xù)驗(yàn)證，并正在為這些材料和要求開(kāi)發(fā)新的體內(nèi)模型。為了確保從一開(kāi)始就快速轉(zhuǎn)移到臨床和工業(yè)應(yīng)用中，所有機(jī)構(gòu)在項(xiàng)目期間都在共同努力，以建立跨機(jī)構(gòu)、符合標(biāo)準(zhǔn)的流程數(shù)字文檔。

 

在項(xiàng)目過(guò)程中及以后，將創(chuàng)建一個(gè)基于人工智能的開(kāi)發(fā)和符合認(rèn)證的個(gè)性化植入物評(píng)估中心，這在Fraunhofer弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)和全球都是獨(dú)一無(wú)二的。