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【分享】3D打印“老人”假人,用于汽车碰撞测试

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发表于 2019-4-7 22:27:47 | 显示全部楼层 |阅读模式

2015年,美国有超过4,000万65岁及以上人们持有驾驶执照。这代表了美国道路上每五个驾驶员中有一个就是老年人。目前全球人口增长呈现出老龄化,老年假人于2017年12月推出用于车辆驾驶测试。


老年人在某些碰撞情况下更容易受到内伤,骨骼更脆弱,软组织更容易受到损害。科学家们把假人特征设置成一名70岁女性的身体,身高161厘米,体重73公斤,投放于车辆测试研究其产生的影响反应。


内部的虚拟结构视图

车辆碰撞测试假人非常昂贵且可以多次重复使用,因此汽车制造商一般订购量较少。然而使用3D打印技术,可以满足假人的小批量生产,降低更换零件成本以及快速的资金周转需求。


准备用于测试的老年假人

传统制作工艺的弊端

传统工艺由一块弹簧钢制成肋骨,该弹簧钢经过成型和热处理。然后将一块阻尼材料胶合到肋的内侧以控制对冲击的响应。然后进行测试,并且将阻尼材料修整若干次以获得所需的性能。但这个过程的成本很高而且容易失败。另外一个问题是,时间久了钢制部件会生锈或者磨损,塑料和乙烯基部件会硬化和收缩,这些都会影响加载到碰撞假人上的许多传感器的精度。

工程师希望能通过塑料和橡胶部件来取代一些昂贵的钢制部件,比如说使用塑料部件来取代老式假人的钢制胸腔。但他们很难找到具有耐久性的材料来承受其独特的碰撞测试环境的力和影响。

3D打印为虚拟制造带来转机

随着科技的发展,3D打印逐步走向大众的视野。工程师们考虑使用一种由3D打印制作的连续Kevlar纤维增强的碳复合材料来替换钢制部件。他们先制作了一个肋骨部件,将它们放在一个老人的假人身上,进行了60-70次冲击,没有明显的变形或损坏。


3D打印部分组件

除了骨架之外,还需要考虑内脏器官。工程师们通常根据区域(例如胸部或腹部)来设计,而不是单个心脏或肺,而工程师们要求对这些区域内特定器官的特征有更深入的了解。

其次,工程师们开始收集数据确定统计意义上的平均人指标,并扫描真人身体。通过核磁共振扫描可进一步确定器官位置。

例如,在腹部区域,肝脏位于身体的一侧而脾脏位于另一侧。为了更好地了解每个器官的不同偏转特性,通过3D打印部分组织,有助于整体区域碰撞测试读数。而人们希望通过寻求更深入地了解外部肉体与这些器官之间的关系。在碰撞测试中能提供更好的测试结果。

综合此类信息之后制作一个由3D打印的70岁女性的身体,这也符合在车撞中最常受伤老人的平均特征。

对老年人的影响

年长者与其他人群的体格差异不仅在事故发生时体现出其重要性,日常驾驶中也不容忽视。


随着人年龄增加,视力听力变弱,对于意外事故的反应也变慢,不能像年轻驾驶员一样灵活移动。至今车内许多系统并没有年长者思维方面的研发,而后希望通过科学研究设计,让老年人也能跟年轻人一样能独自出行。


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