Сканер Eva помог в создании протеза икроножной мышцы, напечатанного на 3D-принтере

18/11/2014

Команда инженеров использовала сканер ArtecEvaдля создания 3D-модели ноги девушки для разработки прототипа индивидуального протеза икроножной мышцы 

Конструирование индивидуального протеза для икроножной мышцы сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Узнайте о методах и технологических инструментах, которые применялись при создании этого прототипа. Эта история началась с обращения русской девушки по имени Ольга в компанию Can Touch, российский онлайн-сервис для промышленной 3D-печати. Ольга увлечена экстремальным видом спорта – прыжками с парашютом. В результате одного из прыжков она получила травму икроножной мышцы правой ноги. На икре почти не осталось мышечной ткани, что заметно визуально и доставляет Ольге дискомфорт. Она решила заказать протез, который был бы спроектирован специально для ее ноги.

Начало создания протеза

Can Touch откликнулись на просьбу Ольги и договорились о встрече, чтобы обсудить все необходимые шаги для создания протеза. Вместе они наметили план, который включал в себя следующие этапы:

  • 3D-сканирование обеих ног;
  • создание 3D-модели;
  • печать протеза на 3D-принтере;
  • примерка.

Сканирование ног

Первым делом нужно было отсканировать обе ноги, для чего был использован 3D сканер Artec Eva. Сканирование было выполнено инженером-проектировщиком Александром Городецким, который разработал корпус этого сканера. Работа велась кропотливо, так как нужен был очень точный скан.

Сканер Eva оказался чрезвычайно простым в использовании, поскольку не требуется ни калибровки, ни маркеров. Он делает до 16 кадров в секунду, автоматически совмещая их в режиме реального времени. В результате вы можете увидеть что именно вы отсканировали и каким областям объекта нужно уделить больше внимания.

Снимая и одновременно обрабатывая до 2 млн точек в секунду, сканер Eva обеспечивает высокое разрешение (до 0,5 мм) и точность (до 0,1 мм), что делает его идеальным решением для сканирования различных частей тела.​

Создание 3D-модели протеза

Этот этап был самым трудоемким и долгим. Работу выполнял Валерий Караогланян, опытный создатель 3D-моделей. Его задачей было создание 3D-модели косметического протеза с помощью двух облаков точек (сканы здоровой ноги и травмированной) с учетом пожеланий Ольги. У этой задачи не было готового решения и вся работа выполнялась с нуля.

Первым шагом было создание твердотельных 3D-моделей обеих ног в программе SolidWorks. Когда они были готовы, модель здоровой ноги была отзеркалена; затем из нее «вычли» объемную модель поврежденной ноги и задали допуски для того, чтобы кожа могла «дышать».

Изначально идея состояла в том, чтобы сделать и внутреннюю и внешнюю поверхности сетчатыми. Однако Ольга попросила сделать внешний слой гладким.

Для создания поверхности в виде сетки пришлось немного «пожонглировать» 3D-моделью из одной программы в другую. Сначала ее импортировали в ZBrush, чтобы сделать UV-развертку и создать модуль сетки. Затем в программе Photoshop сетка была наложена на развертку, после чего 3D-модель была снова импортирована в ZBrush. На этом этапе перед дизайнерами возникла проблема придания толщины, так как ZBrush не дает такой возможности, поэтому в процесс был вовлечен 3DS Max.

Команда также занималась разработкой и созданием 3D-моделей креплений в SolidWorks. Когда они были готовы, они были совмещены с основной 3D-моделью протеза:

Дизайнеру понадобилось все его мастерство и изобретательность для разработки алгоритма создания подобной 3D-модели с нуля. В итоге команда получила полноценную модель икроножного протеза, готовую для 3D-печати.

3D-печать

3D-печать – заключительный этап создания протеза. Команда использовала белый пластик PA 2200 (полиамид). Этот очень прочный и легкий материал идеально подходит для создания косметического протеза, предназначенного для частого использования. Для изготовления объектов из этого материала применяется технология выборочного лазерного спекания (Selective Laser Sintering), когда в массе порошка лазер спекает материал в заданных местах.

Примерка протеза

В процессе примерки были выявлены как сильные, так и слабые стороны протеза, которых было сложно избежать в первой итерации. Крепления сработали хорошо и сам протез сел по ноге идеально. Тем не менее стало ясно, что необходимо использовать какой-то мягкий материал для прослойки между кожей ноги и протезом, так как нога потеет, а материал протеза имеет слегка шероховатую текстуру. Если бы внешний слой протеза был оставлен в виде сетчатки, это решило бы проблему вентиляции и позволило ноге «дышать».

Ольга осталась довольна результатом, который, по ее словам, оправдал ее ожидания. Тем не менее протез еще нужно проверить в различных условиях, что займет некоторое время.

Для компании Can Touch это был первый опыт создания косметического протеза. В процессе работы над проектом было совершено несколько ошибок, некоторые процессы пришлось осуществить повторно, а некоторые были лишними. Тем не менее этот опыт показал, что профессиональное оборудование и программное обеспечение, использованное вместе со знаниями и навыками инженеров-проектировщиков, могут создать высококачественный продукт – протез, статуэтку, ракетный двгигатель, – что угодно!

Связаться с нами