Case study – personalizowana orteza przedramienia z Geomagic Freeform Plus i urządzeniem haptycznym Touch od firmy 3D Systems.
Cel projektu
Zaprojektować lekką, przewiewną i w 100% dopasowaną do pacjenta ortezę przedramienia na bazie skanu 3D, wykorzystując Geomagic Freeform oraz urządzenie haptyczne 3D Systems Touch do precyzyjnego modelowania organicznego.Wyzwanie
Klasyczne ortezy są ciężkie i mało komfortowe. Potrzebne było rozwiązanie, które:- odwzoruje anatomię pacjenta,
- zapewni sztywność tylko tam, gdzie jest wymagana,
- będzie zoptymalizowana pod kątem masy.
Narzędzia i dane wejściowe
- Geomagic Freeform Plus – środowisko do modelowania „w glinie”, idealne dla form organicznych.
- 3D Systems Touch– kontroler haptyczny zwiększający precyzję i szybkość pracy.
- Dane: skan 3D ręki i przedramienia (siatka trójkątów; mesh).
Przebieg prac
1. Przygotowanie skanu 3D
- Import i konwersja siatki (kolor granatowy) na glinę (kolor brązowy).
- Naprawy artefaktów i uzupełnienia braków (np. w okolicy kciuka) narzędziami Hot Wax i Smooth.
- Wyrównanie i orientacja modelu względem płaszczyzn roboczych (Top/Bottom Plane) – lepsza kontrola dalszych operacji.
2. Budowa powłoki ortezy (Shell)
- Z użyciem Shell Cut Clay wycięto anatomiczną „skorupę” z kontrolą luzu i grubości:
- Grubość ścianki: 2,0 mm
- Luz montażowy: 1,0 mm
- Wyznaczono płaszczyznę odcięcia otwarcia na kciuku, a następnie wygładzono krawędzie dla komfortu i bezpieczeństwa.
3. Odchudzanie
- Na powierzchni powłoki stworzono heksagonalny wzór o zmiennej gęstości.
- Zmienną gęstość uzyskać można dzięki zdefiniowaniu punktów o parametrze Density scale (skala zagęszczenia)
- W celu zachowania stabilności pozostawiono wypełnione obrzeża.
- Za pomocą operacji Ridge wyciągnięto profil kwadratowy na każdej z linii.
- Aby osiągnąć pożądany efekt zastosowano operacje boolowskie.
4. Weryfikacja i przygotowanie do wytworzenia
- Nałożenie ortezy na skan (sprawdzanie kolizji), kontrola grubości i ciągłości siatki.
- Eksport STL gotowy do druku 3D.
Efekt końcowy
- Ultralekka, wentylowana orteza z siatką o zmiennej gęstości, redukująca masę i poprawiająca cyrkulację powietrza.
- Pełna personalizacja dzięki pracy na skanie 3D – dopasowanie do anatomii użytkownika z kontrolowanym luzem 1 mm.
- Szybki workflow „scan-to-print” w jednym środowisku (Geomagic Freeform Plus + 3D Systems Touch).
Dlaczego Geomagic Freeform i urządzenie haptyczne Touch?
- Modelowanie organiczne jak w glinie – idealne dla anatomii.
- Haptyka przyspiesza korekty i pozwala „czuć” geometrię, co skraca iteracje.
- Surface Lattice pozwala precyzyjnie sterować sztywnością przez lokalne zagęszczenia wzoru.
- Bezproblemowy eksport do druku 3D (SLS/MJF/FDM).
Rekomendacje produkcyjne (druk 3D)
- SLS/MJF: PA12/PA11 – sztywne, lekkie, biokompatybilne klasy materiałów; dobre do ortez noszonych dłużej.
- FDM: PETG/ABS – szybkie prototypy; grubsze obrzeża dla trwałości.