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來自斯旺西大學，卡迪夫城市大學和莫里斯頓醫院的一組研究人員提出了一種3D打印為輪椅使用者提供高度可定制的輕量級頭部支架的方法。工程師在機械強度測試中將他們的設計與常見的商用頭枕進行了對比，結果表明AM對個性化配件的實用性。

3D打印尼龍頭支架。圖源：斯旺西大學

3D打印頭支架

大多數輪椅使用者看到大多數現成的靠背坐墊和頭枕都能滿足他們的座位需求。但是，對于一小部分，可能需要更多定制的選項。具有更獨特解剖結構的人將需要高度自定義的輪廓，以提供舒適性和可用性。對于頭枕，需要適合頸部彎曲的姿勢性頭部支撐，以防止過度伸展，肌肉僵硬和疲勞。

考慮到這一點，威爾士研究人員3D掃描了一名志愿者的頭部，并制作了一個模板STL，以將其工作作為基礎。 Autodesk Fusion 360用于對頭部支撐建模，該頭部支撐可在避免耳朵接觸的同時提供左側的側向支撐。在模型中切了一些孔，以使支撐件可以與英國標準輪椅支架連接。研究人員使用Markforged Mark Two 3D打印機制作了三個相同的尼龍頭支架，并為它們安裝了球形接頭。

強度測試定制設計

3D打印的尼龍部件通過兩種方式針對市售的G型（已知強度特性）頭枕進行了測試。第一個鋸將后向力施加到3D打印頭支架的內部后表面，第二個鋸將后向力施加到左側橫向支撐臂（靠近耳朵）的內表面。研究人員每0.5秒鐘記錄一次加載墊的力和位移。

G型頭部支撐（頂部），后向力測試（左），側向力測試（右）。圖源：斯旺西大學

后向力測試中斷裂前達到的最大力為3188N，最大位移為71.7mm。在檢查損壞后，得出的結論是，失效點在球形接頭的鋁制桿中，而不是在3D打印的頭部支架中。尼龍AM零件沒有永久的塑性變形，也沒有可見的裂紋，這意味著UK標準的支架將在3D打印的頭部支撐之前散發出去。

后驗力測試。圖源：斯旺西大學

在側向力測試期間，研究人員設法以93N的力將3D打印支架的左臂移動到最大143.7mm。那時，試驗臺已處于最大位移位置，不再影響頭部支撐。停止測試，頭枕恢復到原始輪廓，沒有可見的永久性塑性變形。結果證明，通過使用3D掃描，一些巧妙的CAD建模和3D打印機，研究人員能夠生產出輕巧的定制輪椅配件，其機械強度和延展性可與現有的現成頭枕媲美。

橫向力測試。圖源：斯旺西大學

可以在標題為“評估定制頭枕生產的增材制造：在靜態負載條件下與商用頭枕的比較”的論文中找到該研究的更多詳細信息。它由喬納森·霍華德（Jonathan Howard），多米尼克·埃格比爾（Dominic Eggbeer），彼得·多靈頓（Peter Dorrington），費拉斯·科基斯（Feras Korkees）和洛娜·塔斯克（Lorna Tasker）合著。

這項研究中的頭部支撐是3D打印強度的一個典型例子，它是一種經濟高效的方法來滿足個人的就座需求。今年早些時候，以高性能跑車聞名的保時捷在開發新的3D打印個性化桶形座椅方面也有了類似的想法。斗式座椅最初僅限于40個用于歐洲賽道的原型。在其他地方，三重八賽車工程公司正在使用HP MJF 3D打印技術來生產用于賽車的定制方向盤。車輪根據駕駛員的手來設計，重量輕且生產成本低。

（本文來源：中國3D打印網）