OECHSLER和STRAUSS聯(lián)合開發(fā)3D打印護(hù)膝，獨(dú)特網(wǎng)格設(shè)計(jì)可極大減少外力沖擊

歐洲STRAUSS公司是一家專注于開發(fā)個(gè)人防護(hù)裝備 (PPE) 的工作服品牌，它的產(chǎn)品包括護(hù)目鏡、護(hù)耳器、安全帽、耐化學(xué)腐蝕的手套還有護(hù)膝等，每款產(chǎn)品都旨在確保其客戶在工作中的安全。為了保護(hù)工人免受職業(yè)危害和傷害，該公司最近與德國增材制造專家�？耸�樂（OECHSLER）開展合作，以研究 3D 打印護(hù)膝的好處。

此次合作項(xiàng)目被證明是成功的，STRAUSS 現(xiàn)在正在銷售 Master Grid 6D 系列下的 3D 打印 PPE，提供更高的耐用性、舒適性和阻尼特性。本期將深入探討 STRAUSS 護(hù)膝用例，它展示了OECHSLER對網(wǎng)格 3D 打印的深入了解以及增材制造解鎖更高性能設(shè)計(jì)并為無數(shù)消費(fèi)產(chǎn)品挖掘新優(yōu)勢的能力。

護(hù)膝的必要性

膝蓋作為人體最大的關(guān)節(jié)，支撐我們辛苦工作。它們承受我們的體重，提供平衡和穩(wěn)定性，使我們能夠行走、奔跑、跳躍、坐下、跪下，應(yīng)有盡有。但膝蓋也容易拉傷和受傷，尤其是對于那些因職業(yè)對腿部和膝蓋造成額外壓力的人。

出于這個(gè)原因，護(hù)膝已成為瓷磚工、景觀設(shè)計(jì)師、屋頂工、水管工和其他從事體力要求高或危險(xiǎn)工作的工人個(gè)人防護(hù)裝備不可或缺的一部分。它們有許多已證實(shí)的好處：護(hù)膝有助于減少對膝蓋的沖擊，以及吸收沖擊力并保護(hù)它們免受任何尖銳物體的傷害。對于花時(shí)間跪著或蹲著的人來說，他們可以降低患骨關(guān)節(jié)炎等長期疾病的風(fēng)險(xiǎn)，并防止骨折或其他膝蓋受傷。

傳統(tǒng)上，護(hù)膝由泡沫或塑料、泡沫和織物的組合制成。有些可以包裹在穿著者的褲子上，而另一些則可以塞進(jìn)工作褲的膝蓋口袋里。雖然有效并且肯定比沒有保護(hù)好，但傳統(tǒng)護(hù)膝的好處確實(shí)有局限性。一方面，它們很容易磨損。重復(fù)使用后，泡沫開始壓縮，從而提供較少的沖擊保護(hù)。另一方面，傳統(tǒng)的泡沫護(hù)膝無法適應(yīng)膝蓋在工作時(shí)承受的不同壓力。

由于始終專注于工作服的未來設(shè)計(jì)，STRAUSS 看到了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以使用 3D 打印和網(wǎng)格設(shè)計(jì)框架來改進(jìn)護(hù)膝。

△OECHSLER 和 STRAUSS 開創(chuàng)的3D 打印網(wǎng)格護(hù)膝可提供合適的壓力分布

優(yōu)化的保護(hù)結(jié)構(gòu)和符合人體工程學(xué)的舒適性

OECHSLER是將符合人體工程學(xué)的3D 打印護(hù)膝帶入生活的理想合作伙伴。該公司專注于聚合物生產(chǎn)方法，已與眾多客戶合作開發(fā)和制造消費(fèi)品，如背包、鞋類、自行車座墊、汽車座椅和護(hù)具，所有這些都利用了晶格設(shè)計(jì)和工業(yè) 3D 打印的優(yōu)勢。

通過與 STRAUSS 的密切合作，OECHSLER團(tuán)隊(duì)針對護(hù)膝性能和佩戴舒適度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)涉及幾個(gè)關(guān)鍵步驟：首先，公司必須根據(jù)佩戴者的需求找到最佳的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。然后，他們必須為此找到合適的材料，這將符合工作服的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。最后，他們將 PPE 項(xiàng)目投入生產(chǎn)。

OECHSLER的工程師評估了幾種不同的網(wǎng)格設(shè)計(jì)，以確定保護(hù)設(shè)備的最佳網(wǎng)格圖案和單元對齊方式。主要任務(wù)是提供阻尼特性和能量回收之間的卓越平衡。最終，由于其始終如一的吸收負(fù)載和承受壓力的能力，選擇了定制的六角網(wǎng)格圖案。這種獨(dú)特的網(wǎng)格被稱為 Master Grid 6D 設(shè)計(jì)，它已被用于護(hù)膝以及 STRAUSS 發(fā)布的其他 3D 打印工作服產(chǎn)品。

在設(shè)計(jì)護(hù)膝時(shí)，OECHSLER 和STRAUSS 還考慮了工人膝蓋在工作中可能承受的不同類型的壓力和應(yīng)變。利用人體測繪技術(shù)，伙伴們能夠在跪姿時(shí)實(shí)現(xiàn)70%的能量吸收和30%的恢復(fù)力的壓力分布。最重要的是，它們集成了一個(gè)連續(xù)的外部網(wǎng)格，以防止尖銳物體（如釘子或木頭）刺穿佩戴者的膝蓋。

在尺寸方面，這款 3D 打印護(hù)膝的設(shè)計(jì)與 STRAUSS 的傳統(tǒng)護(hù)膝相匹配。這是為了確保護(hù)墊可以與經(jīng)過認(rèn)證的 STRAUSS 工作服褲子一起穿著，并且可以輕松放入膝蓋口袋。因此，團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)有護(hù)膝設(shè)計(jì)的限制范圍內(nèi)生成了一個(gè)網(wǎng)格。使用 DfAM 方法，護(hù)膝還針對可打印性以及預(yù)處理和后處理進(jìn)行了優(yōu)化，以促進(jìn)生產(chǎn)可擴(kuò)展性。

合適的材質(zhì)

材料選擇是另一個(gè)重要因素，OECHSLER在其增材制造設(shè)施中進(jìn)行了廣泛的材料測試，以找到能夠滿足勞動(dòng)密集型職業(yè)需求的材料。最終，Carbon EPU 41 因其良好的耐磨性、耐洗性和彎曲載荷測試結(jié)果而被選中。例如，在經(jīng)歷了 50,000 次彎曲載荷循環(huán)后，3D 打印的 EPU 41 護(hù)膝沒有出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的跡象。

Carbon EPU 41 是一種聚氨酯彈性體樹脂，還具有良好的抗撕裂性和能量回饋能力。其他材料特性，包括生物相容性、透氣性、防水性和耐溫性（-10 至 70 攝氏度），也使該材料成為工作服應(yīng)用的明確選擇。最后，Master Grid 6D 網(wǎng)格和 Carbon EPU 41 的組合生產(chǎn)了比傳統(tǒng)泡沫護(hù)膝更耐用且體積損失更少的護(hù)膝。

在將其打印護(hù)膝推向市場之前，STRAUSS 還邀請了幾位工匠在工作條件下對其進(jìn)行測試。反饋非常有希望：新設(shè)計(jì)的護(hù)膝因其出色的吸收性以及舒適性和耐磨性而受到贊揚(yáng)（因?yàn)樗鼈兛梢院苋菀椎胤湃?STRAUSS 工作服褲中）。護(hù)膝已通過 DIN EN 14404 以及 ISO 14404 和 ISO 20347 工作服標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。

STRAUSS 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)表示：“通過我們的技術(shù)合作伙伴 OECHSLER，我們能夠進(jìn)入一個(gè)全新的工作服設(shè)計(jì)模式。一個(gè)要求最高安全要求和個(gè)性化的產(chǎn)品世界。3D打印技術(shù)使我們能夠以可持續(xù)和持久的方式實(shí)現(xiàn)最高水平的舒適性、穩(wěn)定性和保護(hù)性。它幫助我們將有價(jià)值的客戶反饋快速轉(zhuǎn)化為我們的開發(fā)過程，并滿足他們對高端工作服產(chǎn)品的需求。”

從產(chǎn)品研發(fā)到生產(chǎn)

隨著 ES 護(hù)膝 MasterGrid 6D 設(shè)計(jì)的完成，STRAUSS 和 OECHSLER準(zhǔn)備投入生產(chǎn)。得益于OECHSLER強(qiáng)大的增材制造能力，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的過渡是無縫的。對于那些還不熟悉這家德國公司能力的人：OECHSLER 運(yùn)營著一個(gè)技術(shù)獨(dú)立的大批量生產(chǎn)設(shè)施，擁有 150 臺(tái) 3D 打印機(jī)，每年可以生產(chǎn)超過 200 萬個(gè)零件。它與幾個(gè)知名品牌合作，以經(jīng)濟(jì)高效的方式將他們的產(chǎn)品從概念模型推進(jìn)到生產(chǎn)。

STRAUSS 的護(hù)膝是在OECHSLER 位于德國的增材制造中心使用 Carbon 的增材制造解決方案（包括 3D 打印以及預(yù)處理和后處理）制造的。這兩家公司都位于德國，這也意味著護(hù)膝的生產(chǎn)是在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行的，從而最大限度地降低了運(yùn)輸成本和排放。

護(hù)膝并不是 STRAUSS 現(xiàn)在銷售的唯一 3D 打印產(chǎn)品：兩家公司還開發(fā)了一雙工作鞋，在中底集成了定制的 Master Grid6D 網(wǎng)格設(shè)計(jì)。網(wǎng)格的功能類似于護(hù)膝，提供穩(wěn)定性并減輕腳部壓力。

OECHSLER 總結(jié)合作伙伴關(guān)系時(shí)說：“STRAUSS 成功推出了一款高質(zhì)量的工作服解決方案，充分利用了 OECHSLER 在開發(fā)和制造增材制造應(yīng)用方面的專業(yè)知識。專為工作環(huán)境設(shè)計(jì)并利用 3D 打印的優(yōu)勢，我們將人體工程學(xué)和佩戴者的舒適度放在首位，前所未有的產(chǎn)品質(zhì)量和材料強(qiáng)度確保更長的產(chǎn)品生命周期�！�