Additive Fertigung beschleunigt Entwicklung eines neuen Gehstocks: University of Dayton, Ohio

Das Forschungsinstitut der University of Dayton treibt die Weiterentwicklung additiver Fertigungstechnologien voran, um der Air Force dabei zu helfen, ihre Flotte kostengünstiger zu unterhalten, und es war auch die perfekte Lösung, um einem Physiotherapeuten dabei zu helfen, Menschen sicherer zu gehen.

John Moore schaute viel fern, während er sich von der Nierenspende für seine Mutter erholte. Der in New Jersey ansässige Arzt für Physiotherapie sagte, er sei mit Werbespots über eine Art Gehstock überschwemmt worden, der den Benutzern angeblich das Gehen erleichtern solle. Aber Moore war nicht überzeugt. Also beschloss er, ein besseres zu entwickeln.

Im Dezember brachte Moore StepWise™ auf den Markt. Seine einzigartige runde Spitze, die stark an ein kleines „e“ erinnert, unterscheidet sich deutlich von allen derzeit auf dem Markt erhältlichen Stöcken mit einer, drei oder vier Spitzen, sagte er. Es sei auch sicherer in der Anwendung, fügte er hinzu.

Aus im Internet gekauftem Plastik, einem Propangasbrenner und einem Stück alter Laufschuhsohle fertigte Moore ein grobes Modell der Stockspitze an, die er sich vorgestellt hatte. Dann kam er zu UDRI.

Durch die Zusammenarbeit mit Michael Pratt, Ingenieur für additive Fertigung in der Strukturwerkstoffabteilung von UDRI, konnte Moore einem Hersteller einen endgültigen Prototyp in einem Bruchteil der Zeit liefern, die er dafür benötigt hätte, wenn er mit einem Unternehmen zusammengearbeitet hätte, das traditionelle Prototyping-Verfahren wie Werkzeug- und Werkzeugherstellung verwendet Druckguss, Spritzguss oder maschinelle Bearbeitung, sagte er.

„Bei der additiven Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, wird mithilfe von Computersoftware ein Design entwickelt und das Teil dann Schicht für Schicht mit dem entsprechenden Medium – in diesem Fall einem Polymerharz – gedruckt“, sagte Pratt. „Es ermöglicht uns, schnell digitale Designänderungen vorzunehmen und neue Prototypen in kürzerer Zeit, kostengünstiger und ohne die Materialverschwendung, die bei der herkömmlichen Fertigung anfällt, zu drucken.“

Pratt arbeitete mit seiner Kollegin Rebecca Hoffman zusammen, einer Maschinenbauingenieurin in der Abteilung für angewandte Mechanik der UDRI, die Modellierungs- und Simulationssoftware verwendete, um Design- und Materialanalysen für jede Iteration bereitzustellen. Die Forscher arbeiteten gemeinsam an einer Reihe von Prototypen, um die perfekte Balance zwischen Design und Materialstärke, Flexibilität und geringem Gewicht zu finden.

Moore sagte, dass die Ausgewogenheit entscheidend sei, um seine beiden Prioritäten bei einem neuen Gehstock zu erfüllen: Sicherheit und Komfort.

„Die runde Spitze ermöglicht einen rollenden Drehpunkt, der der Funktionsweise des Fußes einer Person beim Gehen entspricht“, sagte er. „Wenn Sie einen Stock mit flacher Spitze vor sich hinstellen, um auf ihn zuzugehen, liegt die Spitze nicht flach auf dem Boden auf, sodass nur sehr wenig von der Spitzenoberfläche Kontakt mit dem Boden hat. Aber unsere runde, halbstarre Spitze sorgt dafür.“ Mehr Oberflächenkontakt sorgt für mehr Sicherheit und ermöglicht einen rollenden Gang. Es eliminiert im Grunde die Möglichkeit einer falschen Verwendung.“

Die runde Spitze verfügt außerdem über einen 1-Zoll-Lücke, der sich schließt, wenn Gewicht auf den Stock ausgeübt wird. Dieser gewisse Widerstand beim Schließen der Lücke absorbiert zusammen mit einem tiefen gummierten Profil, das Wasser auf nassen Oberflächen ableiten soll, einen Teil der Druckkraft, die normalerweise auf den Benutzer übertragen wird, sagte Moore. „Das reduziert die Kraft, die normalerweise auf die Gelenke des Benutzers einwirkt, was besonders wichtig für Menschen ist, die Probleme mit Arthritis oder Karpaltunnelsyndrom haben.“

Moore sagte, er habe darüber nachgedacht, die 3D-Fertigung zur Entwicklung einer neuen Spitze zu nutzen, da das Design von Grund auf neu erstellt werden müsse; Es gab überhaupt nichts Vergleichbares auf dem Markt.

Pratt sagte, dass ihm die Arbeit an dem Projekt wegen seiner Neuartigkeit Spaß gemacht habe, und fügte hinzu, dass es nur eine Handvoll Iterationen brauchte, bis ein endgültiger Prototyp und Designspezifikationen bereit waren, um sie an einen Hersteller zur Massenproduktion zu übergeben.

„Die Zusammenarbeit mit Mike war großartig“, sagte Moore. „Ohne UDRI würde ich immer noch versuchen, diesen Stock auf den Markt zu bringen.“