3D打印“老人”假人,用于汽車碰撞測試

2015年,美國有超過4,000萬65歲及以上人們持有駕駛執照。這代表了美國道路上每五個駕駛員中有一個就是老年人。目前全球人口增長呈現出老齡化,老年假人于2017年12月推出用于車輛駕駛測試。

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老年人在某些碰撞情況下更容易受到內傷,骨骼更脆弱,軟組織更容易受到損害??茖W家們把假人特征設置成一名70歲女性的身體,身高161厘米,體重73公斤,投放于車輛測試研究其產生的影響反應。

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內部的虛擬結構視圖

車輛碰撞測試假人非常昂貴且可以多次重復使用,因此汽車制造商一般訂購量較少。然而使用3D打印技術,可以滿足假人的小批量生產,降低更換零件成本以及快速的資金周轉需求。

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準備用于測試的老年假人

傳統制作工藝的弊端

傳統工藝由一塊彈簧鋼制成肋骨,該彈簧鋼經過成型和熱處理。然后將一塊阻尼材料膠合到肋的內側以控制對沖擊的響應。然后進行測試,并且將阻尼材料修整若干次以獲得所需的性能。但這個過程的成本很高而且容易失敗。另外一個問題是,時間久了鋼制部件會生銹或者磨損,塑料和乙烯基部件會硬化和收縮,這些都會影響加載到碰撞假人上的許多傳感器的精度。

工程師希望能通過塑料和橡膠部件來取代一些昂貴的鋼制部件,比如說使用塑料部件來取代老式假人的鋼制胸腔。但他們很難找到具有耐久性的材料來承受其獨特的碰撞測試環境的力和影響。

3D打印為虛擬制造帶來轉機

隨著科技的發展,3D打印逐步走向大眾的視野。工程師們考慮使用一種由3D打印制作的連續Kevlar纖維增強的碳復合材料來替換鋼制部件。他們先制作了一個肋骨部件,將它們放在一個老人的假人身上,進行了60-70次沖擊,沒有明顯的變形或損壞。

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3D打印部分組件

除了骨架之外,還需要考慮內臟器官。工程師們通常根據區域(例如胸部或腹部)來設計,而不是單個心臟或肺,而工程師們要求對這些區域內特定器官的特征有更深入的了解。

其次,工程師們開始收集數據確定統計意義上的平均人指標,并掃描真人身體。通過核磁共振掃描可進一步確定器官位置。

例如,在腹部區域,肝臟位于身體的一側而脾臟位于另一側。為了更好地了解每個器官的不同偏轉特性,通過3D打印部分組織,有助于整體區域碰撞測試讀數。而人們希望通過尋求更深入地了解外部肉體與這些器官之間的關系。在碰撞測試中能提供更好的測試結果。

綜合此類信息之后制作一個由3D打印的70歲女性的身體,這也符合在車撞中最常受傷老人的平均特征。

對老年人的影響

年長者與其他人群的體格差異不僅在事故發生時體現出其重要性,日常駕駛中也不容忽視。

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隨著人年齡增加,視力聽力變弱,對于意外事故的反應也變慢,不能像年輕駕駛員一樣靈活移動。至今車內許多系統并沒有年長者思維方面的研發,而后希望通過科學研究設計,讓老年人也能跟年輕人一樣能獨自出行。

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