美國陸軍航空醫學研究實驗室的研究人員利用3D打印技術,爲美國武裝部隊成員製作並測試了可定製的耳塞。

  陸軍科學家的新技術製作護耳器,可用於防止武裝部隊成員的聽力損失。士兵的聽力受損,除了限制了他們參與社會交往的能力外,還可能導致他們在戰場上變得更加脆弱,失去戰備狀態。

  耳塞對於經常被嘈雜的機器和武器裝備包圍的士兵來說是必不可少的。圖片來自美軍

  添加劑生產的耳塞 

  目前,士兵必須佩戴某種類型的聽力保護裝置(HPD),而那些經常暴露在有害噪音中的士兵則被納入了軍隊聽力計劃(AHP)。該計劃通過一系列的臨牀聽力服務來預防聽力損失,但士兵絕不是唯一的弱勢羣體。在美國,每年估計有2.42億美元的費用用於工人因報告的聽力損傷而提出的賠償要求。

  製作耳印來對抗聽力損失,也是一項有風險的工作。例如,有時印模材料會越過 "耳道塊",而 "耳道塊 "的作用是保護內耳,導致受傷,可能導致手術干預甚至聽力損失。軍隊的研究人員試圖通過使用掃描方法、傳統的耳印材料、物理印模的數字掃描和3D打印技術的組合來緩解這類風險。將這些技術結合在一起,可以製作出定製化的耳塞,並讓研究人員評估每種方法的好處和性能。

  傳統的製造工藝需要製作物理耳模印模,然後將其運往耳塞製造商。然後,"耳模印 "被鑄造成耳部的負模,或者用耳壓掃描儀掃描,生成數字模型。目前這兩種方法都在使用,因此爲了比較和優化不同的技術,研究人員製作了6個不同的耳塞樣本。研究人員使用了物理耳印模和數字掃描的物理耳印模,以及三種不同的數字耳部掃描方法和內部3D打印方法。

  圖爲Lantos掃描儀(在此過程中使用的)如何利用Lantos雲技術提供準確的圖像,然後運往客戶手中。照片通過Lantos公司提供

  3D建模並打印耳塞

  美軍研究人員首先利用光線捕捉的方法,對20名志願者的耳朵和耳道進行了三維模型製作。然後用計算機輔助設計(CAD)軟件對這些模型進行了修改,製作出定製的合身耳塞,並分別使用三種製造方法進行了製作。利用一系列掃描儀進行掃描,以評估最有效的,由eFit、3Shape和Lantos提供的掃描。因此,五位受試者將使用印象型耳塞,五位來自eFit掃描,五位來自3Shape,五位來自Lantos。

  數字化的掃描結果在內部使用Cyfex Secret Ear Designer軟件進行建模,並使用Envisiontec Perfactory Micro 3D打印機和E-Silicone M材料製造耳塞外殼。打印後,外殼在異丙醇溶液中清洗,然後用氣壓乾燥。總結使用壓力聚合裝置Polymax 1來固化材料,在60oC的溫度下大約需要15分鐘。

  將得到的耳片交給試驗對象,讓他們對每種設計的舒適度進行評價,每種製造方法的結果都不一樣。雖然物理耳印的產品提供了最好的聽力保護,但平均而言,它們也是最不舒適的。值得注意的是,使用數字掃描技術製作的耳塞,其效果遠不如使用物理印模製作的耳塞。研究人員認爲,這可能是由於製作印模的人的技能和技術的原因,還需要進一步的研究來完善這一過程。

  美國陸軍3D打印醫療技術的進步 

  快速成型製造已經經常被美國武裝部隊所利用,試圖爲士兵提供更好的醫療支持,在戰場上取得優勢。

  總部位於佛羅里達州的微點膠技術公司nScrypt於2020年3月爲美國陸軍開發出了nRugged,這是一款工具中的工廠(FIT)。這款3D打印機專爲在惡劣環境下使用而設計,可以在不更換工具的情況下製作出從完整的電子設備到生物活性繃帶等產品。

  2019年10月,美國Uniformed Services University of Health Sciences(USU)和美國紐約州西點軍校在衝突地區試點使用3D打印醫療設備。該實驗表明,可以部署一系列儀器,以節省時間、降低運輸成本和規避後勤挑戰。

  美國空軍的一個研究小組在2020年4月3D打印了一種醫療手術牽引器。該儀器的設計目的是供野戰醫生用來撐開傷口,可以部署在無法補充醫療用品的惡劣環境中。

  研究人員的研究結果詳見於他們題爲 "評估從數字耳部掃描和傳統方法制作的定製聽力保護裝置 "的論文。該研究由美國陸軍航空醫學研究實驗室於2019年12月發表,由JR Stefanson和William Ahroon共同撰寫。

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