Жесткие каркасы стелек: 3D-печать в сравнении с традиционными технологиями

Образцы каркасов стелек, использованные во внешних испытаниях механических свойств. Слева направо: Nylon 11 Powder от Formlabs, PA 11 от HP, фрезерованный полипропилен.

Fuse 1+ 30W и материал Nylon 11 Powder особенно хорошо подходят для производства индивидуального жесткого каркасного слоя ортопедических стелек. Чтобы понять, как наш метод производства соотносится с другими вариантами на рынке, и подтвердить, что наш материал превышает требования повседневной носки, мы провели серию испытаний механических свойств.

Внешние испытания были проведены Ортопедическим инновационным центром (Orthopaedic Innovation Centre) и включали статический трехточечный изгиб, динамический трехточечный изгиб и испытание на гибкость по методу Росса. Эти же тесты были проведены и на каркасах стелек, изготовленных из фрезерованного полипропилена и отпечатанных на 3D-принтере из PA 11 с использованием машины HP Multi-Jet Fusion (MJF). Внутри компании мы также проверили долговечность наших отпечатанных под углом образцов с помощью серии ручных испытаний на изгиб на 180°.

Обзор методов испытаний

По рекомендации отраслевых специалистов мы решили провести статические и динамические испытания на трехточечный изгиб, а также испытания на гибкость по методу Росса. Ортопедический инновационный центр (OIC) провел эти тесты на наших образцах, а также на двух других: из PA 11 от HP и из фрезерованного полипропилена.

1. Статический трехточечный изгиб проводился до угла сгиба 60° (примерно 40 мм смещения), что значительно превышает ожидаемые 20-30° для нормального использования. Этот тест дает данные об относительной жесткости свода каркаса стельки.

2. Динамический трехточечный изгиб был выбран для моделирования интенсивной ежедневной нагрузки и оценки общей долговечности путем многократного смещения каждого каркаса стельки на 5 мм. Для сравнения, образцы не от Formlabs были протестированы до 2 миллионов циклов (стандарт, ранее испытанный HP совместно с OIC). Образцы Formlabs были протестированы до 4 миллионов циклов, чтобы смоделировать значительно выше среднего уровень использования в течение одного года.

3. Испытание на гибкость по методу Росса использовалось для демонстрации выносливости стельки при изгибе путем ее сгибания 1,5 миллиона раз между 0° и 90° — еще одно значение, значительно превышающее ожидаемую нагрузку.

В дополнение к официальным испытаниям в OIC, Formlabs провела внутренние ручные испытания на изгиб до 180° на образцах каркасов стелек, напечатанных под углами от 0° до 50° относительно платформы построения. Цель этого теста — показать, что жесткие каркасы стелек, напечатанные в этом рекомендуемом диапазоне углов, могут надежно выдерживать нагрузки, значительно превышающие ожидаемые при повседневном использовании.

Каркасы стелек, ориентированные под углом от 0° до 50° относительно основания камеры построения в PreForm.

Обзор результатов

Статический трехточечный изгиб
Ни один из каркасов не вышел из строя при смещении на 40 мм. Ранжирование от самого гибкого к самому жесткому выглядит следующим образом: Formlabs, HP, Полипропилен. Наибольшая гибкость означает, что образцы Formlabs являются наиболее долговечными из протестированных и наименее подвержены повреждениям при интенсивном использовании.

Динамический трехточечный изгиб
Все образцы выдержали смещение на 5 мм в течение 2 миллионов циклов. Образец Formlabs выдержал дополнительные 2 миллиона циклов (всего 4 миллиона) без каких-либо признаков повреждения. Это означает долговечность, значительно превышающую физические требования к ежедневной носке в течение года, даже для особенно активного человека, делающего 10 000 шагов в день.

Испытание на гибкость по методу Росса
Все образцы выдержали изгиб на 90° более 1,5 миллиона раз. Образцы Formlabs продемонстрировали более высокое возвращение энергии, чем образцы HP, что указывает на больший комфорт для пациента.

Циклический изгиб на 90° образца Formlabs.

Испытание на ручной изгиб
Все образцы, напечатанные под углом от 0° до 50° относительно платформы построения, выдержали интенсивное ручное сгибание до 180° и обратно. Эти результаты демонстрируют долговечность отпечатков, выполненных под углом 50° или менее.

Образцы, выдержанные при влажности 70% в течение 24 часов перед испытанием, показали те же результаты, что и образцы, находившиеся только в условиях окружающего воздуха (30-50% в месте проведения испытаний).

Изгиб на 180° образца, напечатанного под углом 50° относительно платформы построения.

Начните работать с 3D-печатными стельками

Скачайте нашу техническую документацию по анализу механических характеристик для получения детальных результатов или свяжитесь с нашими экспертами по медицинской 3D-печати, если у вас есть вопросы о 3D-печати стелек с использованием решений Formlabs.