17/07/2020
Door Ad Spijkers
Een met behulp van 3D geprinte handprothese werd aan de Hochschule Coburg onderworpen aan een duurtest. Met verrassende resultaten.
Een trekkabel om vingers op een 3D geprinte handprothese te bewegen, moet minstens 500.000 bewegingscycli doorlopen. Welk materiaal is goedkoop, altijd beschikbaar en kan deze belastingen weerstaan? Wetenschappers aan het Institut für Prototypen- und Modelltechnik van de Hochschule Coburg onderzochten de levensduur van verschillende trekkabels. De resultaten kunnen nuttig zijn voor gebruik in de derde wereld.
Met additieve productieprocessen kunnen in korte tijd componenten met complexe structuren, inwendige holtes en individuele ontwerpen worden gemaakt. Dit is ook mogelijk met goedkope 3D-printers op basis van het fused layer modeling (FLM) proces. Daarnaast zijn online veel vrij toegankelijke datasets voor het printen van handprothesen beschikbaar die geschikt zijn voor gebruik in de derde wereld.
Om de vingers van deze prothesen te bedienen, worden kabels gebruikt die de langst mogelijke levensduur moeten hebben. Dit ondanks het ruwe oppervlak, de holtes en de uitsparingen waar ze langs en doorheen lopen. Met hun onderzoek wilden de onderzoekers het maximale aantal bewegingscycli voor verschillende materialen bepalen. Hierdoor kunnen conclusies worden getrokken over bijzonder geschikte materialen. Bij de selectie is ervoor gezorgd dat de materialen goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar zijn.
And the winner is ......
De resultaten van de duurtest laten een heel ander gedrag van de onderzochte materialen zien. Op de eerste plaats staat een gevlochten vislijn van polyetheen. Deze maakt tot 1,6 miljoen bewegingscycli mogelijk, waardoor dit het enige onderzochte materiaal is dat voldoet aan de 500.000 cycli die nodig zijn voor commerciële handprothesen.
Het onderzochte aramide vliegertouw en een eenvoudig katoenen koord halen respectievelijk 450.000 en 400.000 cycli. Hoewel dit onder de vereiste levensduur ligt, zouden deze materialen in principe toch geschikt zijn. De onderzochte roestvast stalen kabel gaf het veel eerder op door een gebrek aan elasticiteit. Polyester naaigaren neemt met 60.000 cycli de laatste plaats in onder de onderzochte materialen. Desalniettemin kan het, althans onder de testomstandigheden, worden beschouwd als een eenvoudige vervanging voor een korte termijn.
De prothese wordt nu verder ontwikkeld als onderdeel van studentenprojecten. Bijvoorbeeld door een op sensoren gebaseerd besturingssysteem te integreren of door feedback te ontwikkelen en te integreren. De onderzoekers willen de protheses graag samen met collega's en artsen gebruiken.
Foto: Simon Geistlinger, Hochschule Coburg