Косметичний протез литкового м'яза, надрукований на 3D-принтері

Можливо, ви вже знайомі з нашою історією створення функціонального механічного протеза пальців і бачили проміжні результати цієї затії, яка виросла в окремий проект. Нещодавно мій досвід створення протезів поповнився ще одним випадком, в цей раз наші скіли з 3D-сканування, 3D-моделювання та 3D-друку знайшли своє застосування у створенні косметичного протеза литкового м'яза.

Потреба в унікальному косметичному протезі

Ця історія почалася з листа від дівчини Ольги. У Ольги є досить екстремальне захоплення — парашутний спорт. В результаті одного з стрибків при приземленні Ольга отримала травму литкового м'яза правої ноги. Тепер м'язова тканина ноги практично повністю відсутня. Візуально це помітно, що доставляє дискомфорт дівчині. З цієї причини виникла потреба у створенні косметичного протеза. Протез повинен бути максимально індивідуальним, з повним урахуванням всіх анатомічних особливостей травмованої ноги. За порадою своєї подруги Ольга звернулася до мене.




Починаємо створювати косметичний протез

Ми зустрілися з Ольгою і обговорили всі деталі роботи. План дій виглядав наступним чином:
  • 3D-сканування ніг
  • 3D-моделювання
  • 3D-друк косметичного протеза
  • Примірка

Сканування ніг

Першим ділом потрібно було відсканувати обидві ноги: як потерпілої, так і здорову. Для цього ми використовували сканер Artec Eva. Скануванням займався інженер-конструктор Олександр Городецький, який і розробив корпус цього сканера. Зручно, що сканер не вимагає калібрування та використання маркерів. Він робить близько 16 кадрів в секунду, які автоматично поєднуються. Нам була потрібна скан досить високої точності, тому робота велася копітко, не обійшлося і без повторних проходів сканером.





Навіть саме ретельне сканування не означає, що після завершення цього процесу ви отримаєте ідеальну і абсолютно готову 3D-модель. Скан — це лише гарна заготівля, хмара точок, над якими ще треба попрацювати і «зібрати» тверде тіло. Сканування разом з перервою на каву зайняло приблизно години дві.





Створення 3D-моделі косметичного протеза

Даний етап роботи був самим трудомістким і довгим. Цю задачу взяв на себе мій хороший товариш і досвідчений 3D-моделер Валерій Караогланян. Перед ним стояла нова для нього завдання — створити з наявних двох хмар точок (скани здорової ноги і травмованої) 3D-модель косметичного протеза з урахуванням всіх побажань Ольги. Готових рішень цієї задачі не було.
Перший крок — твердотільне 3D-моделювання SolidWorks.
Коли були готові твердотільні 3D-моделі обох ніг, модель здорової ноги була отзеркаліть з поправками на висоту, потім з неї «відняли» об'ємну модель пошкодженої ноги і поставили допуски для того, щоб шкіра дихала».





Спочатку ідея полягала в тому, що і внутрішня, і зовнішня поверхні будуть сітчастими (і в якийсь момент обидві поверхні такими і були). На прохання Ольги сіткою зробили лише внутрішню поверхню протеза, а зовнішню залишили суцільний, що призвело до додаткових змін зовнішніх частин протеза.
Для створення поверхні у вигляді сітки довелося трохи пожонглювати 3D-моделлю з однієї програми в іншу. Спочатку її імпортували в ZBrush, щоб зробити UV-розгортку і створити модуль сітки, після цього в програмі Photoshop сітка була накладена на розгортку, потім 3D-модель знову повернулася в ZBrush. На цьому етапі виникла проблема з доданням товщини, ZBrush не дає такої можливості, тому в процес був залучений ще й 3DS Max.





Паралельно Олександром Городецьким велася розробка і 3D-моделювання кріплень у програмі SolidWorks. Коли вони були готові, їх «злили» з основною 3D-моделлю косметичного протеза:





На створення 3D-моделі, звичайно, потрібен час. Те, що я описав у двох попередніх абзацах — це короткий і поверхневий опис процесу. Дизайнерові довелося докласти весь свій досвід і вибудувати алгоритм створення подібної 3D-моделі з нуля, а це не просто. В результаті у нас на руках була повноцінна, готова до 3D-друку модель косметичного литкового протеза.

Час 3D-друку

3D-друк — це фінішна пряма створення протеза. В якості матеріалу для 3D-друку ми вибрали білий міцний пластик PA 2200 (поліамід). Дуже міцний і легкий матеріал відмінно підійшов для нашої мети — створення косметичного протеза, який буде часто використовуватися. Для виробництва об'єктів з цього матеріалу застосовується технологія вибіркового лазерного спікання (Selective Laser Sintering), коли в масі порошку лазер спекает матеріал в заданих місцях, «вирощуючи» об'ємну модель.







Етап був хвилюючий: ми всією командою з нетерпінням чекали, коли можна буде взяти готовий протез в руки і перейти до наступного кроку — примірці.

Примірка литкового косметичного протеза

Примірка протеза, як і очікувалося, виявила як його переваги, так і недоліки, уникнути яких в першій ітерації було складно. При складанні протеза на нозі кріплення спрацювали як треба, і сам корпус сів рівно по нозі.
Стало ясно, що необхідно використовувати якийсь м'який матеріал в якості прошарку між шкірою ноги і самим протезом, так як нога потіє, а текстура самого матеріалу злегка шорстка на дотик. Можливо, якби зовнішню поверхню протеза залишили також сітчастої, це б вирішило проблему з вентиляцією, нога б краще «дихала».





Примірка відбулася, поки в Ольги не було можливості активно використовувати протез, так як літо було спекотним. Так що основні випробування косметичного протеза ще попереду.

Резюме

Це був наш перший досвід створення косметичного протеза. В процесі ми зробили чимало помилок, кілька разів пройшли по колу, здійснили зайві дії. Але він показав нам наші недоліки, але і наші можливості, багато чому навчив, тепер ми знаємо короткі шляхи та ефективні рішення.
Найважливіше думку в цій історії — думку Ольги. Вона залишилася задоволена результатом, за її словами, він виправдав її очікування. Вона подякувала нам за роботу і обіцяла ділитися результатами подальших випробувань протеза.

Доступні можливості технологій

Важливий момент у всій цій історії те, що скористатися промисловою технологією 3D-друку, набагато простіше, ніж могло б здатися. Застосовуючи професійне обладнання та знання, можна отримати бажаний якісний об'єкт — прототип, протез, фігурку, прикраса, функціональну деталь, ракетний двигун, та практично все, що тільки може прийти вам в голову.
Не дивно, що інтернет повниться статтями про те, що хтось і десь створив щось за допомогою 3D-друку. Також не дивно і те, що думки з приводу можливостей цієї технології різняться — хтось налаштований скептично, хто є затятим прихильником домашніх 3D-принтерів, а хтось не втрачає можливість похоливарить на тему переваг і недоліків адитивних технологій. Але на мій погляд не треба звеличувати або применшувати заслуги 3D-друку, треба просто використовувати її для ефективного вирішення завдань як і будь-які інші технології. Якщо у вас є якісь цікаві пропозиції або ідеї, які ви хотіли б втілити, ласкаво просимо в коментарі, може бути, ми разом зможемо створити щось цікаве.

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.