Gesekan rendah, ringan dan dibuat sesuai ukuran - komponen yang dicetak dengan cepat untuk aplikasi terapeutik

• Apa yang dibutuhkan: Sambungan jari untuk eksoskeleton
• Proses pembuatan: sintering laser selektif dengan bubuk SLS
• Persyaratan: koefisien gesekan rendah, tahan aus, bobot rendah, presisi
• Bahan: iglidur® i6
• Industri Industri medis
• Sukses melalui kolaborasi: Pengiriman cepat, produksi suku cadang fungsional khusus yang hemat biaya

Menurut German Stroke Society, satu orang di Jerman menderita stroke setiap dua menit. Swiss Federal Institute of Technology di Zurich (ETHZ) telah mengembangkan exoskeleton tangan yang disebut RELab tenoexo, yang mencakup hingga 80 persen dari aktivitas sehari-hari, untuk mempermudah belajar menggenggam kembali setelah stroke. Sambungan jari yang dicetak 3D yang terbuat dari plastik iglidur berkinerja tinggi® i6 memastikan transmisi daya yang optimal.

Pembuatan sambungan jari dengan printer 3D klasik terbukti sulit, karena resolusi perangkat tidak cukup tinggi untuk merealisasikan struktur sambungan jari. Komponen-komponen ini tidak hanya menyatukan pegas daun, tetapi juga memiliki mekanisme penguncian kerawang untuk tali kulit. Gesper tempat tali diikatkan nyaris tidak lebih lebar dari satu milimeter. Filamen ABS terbukti tidak cocok sebagai bahan cetak, karena gesekan antara sambungan dan pegas daun terlalu tinggi, sehingga banyak energi yang hilang.

Dengan iglidur® i6, ETHZ menemukan plastik yang dioptimalkan secara tribologis yang terbukti cocok untuk komponen yang dibutuhkan: Serbuk SLS dikembangkan secara khusus untuk mengurangi gesekan dalam aplikasi bergerak. Sintering laser memungkinkan tingkat presisi yang tinggi, yang berarti bahwa struktur kerawang sambungan dapat diwujudkan tanpa masalah. Dengan layanan pencetakan 3D  yang cepat dari igus®, sambungan jari dapat diproduksi dengan cepat dan hemat biaya serta siap untuk segera digunakan.

Jari-jari dirancang oleh profesor Jepang, Jumpei Arata dari Universitas Kyushu: tiga pegas daun baja tahan karat yang tipis berada di atas satu sama lain dan dihubungkan dengan empat sambungan plastik. Sebuah kabel Bowden dipasang pada pegas tengah - jika digerakkan ke depan, jari-jari menutup, jika ditarik ke belakang, tangan membuka. Motor DC meregangkan dan melenturkan pegas daun dan mendukung pasien dalam gerakan mencengkeram. "Eksoskeleton menerapkan gaya enam newton per jari di"," kata Jan Dittli, peneliti di Departemen Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Kesehatan ETHZ. "Tiga cengkeraman yang diimplementasikan cukup untuk mengangkat benda dengan berat sekitar 500 gram - seperti botol air 0,5 liter."

Eksoskeleton dipasang menggunakan gelang sensor dan dipasangkan ke jari menggunakan tali kulit. Ketika pasien melakukan gerakan dengan tangan mereka, gelang tersebut akan mengirimkan sinyal elektromiografi (EMG) ke komputer mini. Komputer ini terletak di dalam ransel bersama dengan motor, baterai, dan elektronik kontrol, yang terhubung ke modul tangan. Jika pemakainya berniat membuat gerakan mencengkeram, hal ini akan dikenali oleh komputer, yang pada gilirannya akan mengaktifkan motor DC.

Selama pengembangan, para peneliti menghadapi tantangan: sendi jari yang halus. Elemen-elemen ini tidak hanya menyatukan pegas daun, tetapi juga memiliki mekanisme penutupan kerawang untuk tali kulit. Gesper tempat tali diikatkan nyaris tidak lebih lebar dari satu milimeter. Printer 3D dengan filamen ABS digunakan untuk memproduksi bagian belakang tangan - baik proses pembuatan maupun bahannya terbukti tidak cocok untuk memproduksi sambungan jari. "Gesekan antara sendi dan pegas daun akan terlalu tinggi dengan bahan ini"," kata Dittli. "Akibatnya, kami akan kehilangan terlalu banyak energi saat menggerakkan jari." Resolusi printer 3D konvensional juga ternyata tidak cukup tinggi untuk merealisasikan struktur detail sendi jari.

Solusi untuk masalah ini ditemukan dalam manufaktur aditif igus®: Bahan SLS yang dapat melumasi sendiri iglidur® i6, yang secara khusus dikembangkan untuk produksi komponen yang mengalami tekanan gesekan, dapat digunakan dengan sukses untuk produksi sambungan jari. iglidur® i6 pada awalnya dikembangkan untuk produksi roda gigi cacing untuk sambungan robot. Roda gigi ini sangat cocok untuk produksi komponen dengan detail yang halus dan permukaan yang presisi serta memiliki ketangguhan dan ketahanan abrasi yang tinggi. iglidur® i6 telah membuktikan kesesuaiannya sebagai komponen fungsional yang tahan lama di laboratorium uji igus®: Roda gigi sinter yang terbuat dari plastik iglidur® yang tahan abrasi ini diuji selama dua bulan dalam kondisi yang sama dengan roda gigi giling yang terbuat dari POM. Roda gigi yang terbuat dari POM sudah menunjukkan keausan yang berat setelah 321.000 siklus dan gagal setelah 621.000 siklus, tidak terdefinisi.

Berbeda dengan logam, iglidur plastik® i6 sangat ringan, sehingga ideal untuk digunakan dalam aplikasi yang mengutamakan bobot yang ringan. Keuntungan penting bagi para peneliti ETHZ, karena hanya kerangka exo yang cukup ringan dan ringkas yang juga dapat membuktikan diri dalam kehidupan sehari-hari. Dengan sambungan jari yang terbuat dari iglidur® i6, modul tangan ini hanya berbobot 148 gram. Pelumas padat yang tergabung dalam plastik membuat pelumasan elemen tidak diperlukan dan dengan demikian mendukung penanganan yang mudah untuk aplikasi terapi tingkat lanjut.

Laser sintering sebagai metode manufaktur tidak hanya cocok untuk reproduksi geometri yang kompleks dan struktur yang rumit, tetapi juga menawarkan kemungkinan untuk memproduksi batch kecil dan sekali pakai yang hemat biaya. Ini adalah kasus dengan exoskeleton tenoexo RELab, karena dapat disesuaikan untuk masing-masing pasien. "Kami telah mengembangkan algoritme untuk menyesuaikan model digital exoskeleton dengan ukuran tangan pasien hanya dengan beberapa klik."

Baik dalam pengembangan produk maupun dalam produksi komponen fungsional: Kecepatan memberikan keuntungan pasar bagi perusahaan dan solusi yang lebih cepat bagi pelanggan untuk mengatasi masalah mereka. Dengan mengunggah model 3D dari sambungan jari yang diperlukan ke layanan pencetakan 3D online  kami, para ilmuwan ETHZ dapat memesan suku cadang yang diperlukan dalam beberapa menit. Produksi aktual biasanya berlangsung dalam semalam dan sambungan jari yang sudah jadi dapat dipasang dan digunakan untuk tujuan terapeutik hanya dalam beberapa hari. Tidak ada proses manufaktur lain yang mendekati kecepatan dan efisiensi biaya pencetakan 3D dalam hal produksi seri kecil

yang disesuaikan. Tetapi apakah komponen cetak 3D cocok sebagai komponen fungsional dalam aplikasi akhir atau apakah mereka masih harus puas dengan peran sederhana dari prototipe yang tersedia dengan cepat? Kami yakin dengan kinerja material kami: komponen yang diproduksi secara aditif yang terbuat dari plastik iglidur® digunakan sebagai komponen seri fungsional dalam berbagai aplikasi lain oleh pelanggan kami.