3D-tulostettujen tukipohjallisten mallinnus ja materiaalien kulutuskestävyyden arviointi

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli mallintaa yksilölliset 3D-tulostetut tukipohjalliset ja arvioida kuukauden mittaisen käyttöjakson aikana, kuinka 3D-tulostettu polyamidiseos kestää päivittäisessä käytössä. Opinnäytetyö lähti liikkeelle opinnäytetyöntekijöiden yhteisestä kiinnostuksesta 3D-tulostukseen ja sen tuomiin mahdollisuuksiin apuvälinealalla.

Opinnäytetyön aikana kehitimme tukipohjallisen päkiän alueelle joustoa lisäävän ratkaisun 3D-mallinnusohjelmistojen avulla sekä arvioimme kahden eri tulostusmateriaalin kestävyyttä normaalissa päivittäisessä käytössä. Työelämästä kulkeutuneen tiedon mukaan 3D-tulostettujen tukipohjallisten joustoa lisääviä ratkaisuja tulisi kehittää, jotta jäykkä 3D-tulostusmateriaali kestäisi paremmin kulutuskäyttöä. Lopulliset versiot mallinnetuista tukipohjallisista tulostettiin HP:n 3D-tulostimella kesällä 2019. Käyttöjakso sijoittui saman vuoden syksylle, jolloin itse opinnäytetyökin toteutettiin.

Testijakson alussa tukipohjallisten paksuus mitattiin ennalta määritellyistä kohdista, jotka toistimme testijakson päätyttyä. Tällä metodilla pyrittiin saamaan konkreettista tietoa 3D-tulostusmateriaalien kulumisesta. Kuukauden pituisen käyttöjakson aikana havaittiin hienoista kulumista ja pieniä konkreettisia muutoksia 3D-tulostettujen tukipohjallisisten materiaaleissa. Materiaaleissa oli eroavaisuuksia niin kestävyydessä kuin toimivuudessakin.

Mahdollisille jatkokehityksille mallinnuksen ja tukipohjallisten päällystyksen osalta on tarvetta, sillä aihealue on vielä melko tuntematon eikä pitkäaikaistutkimuksia ole. Tukipohjallisten liukkaan ja kovan pinnan osalta tullaan tarvitsemaan vielä tuotekehitystä, jotta ne voidaan ottaa laajempaan kulutuskäyttöön.

The purpose of this thesis was to model custom made insoles that would be later made using 3D-printing machines and to conduct a testing period in which insoles were used for a time period of one month. Another aspect of our thesis was to study two different printing materials of which the insoles were made from. The idea behind this thesis arose from our common interest in 3D-printing and the opportunities this relatively new technology brings to our field of work in prosthetics and orthotics.

After the printing was done certain tests were carried out for our insoles. Our idea was to study if the two different 3D-printing materials would wear out at a different rate during ordinary everyday use. We also wanted to study how would our 3D-modelled insole design perform during a month-long test period. We knew that the current problems 3D-printed insoles are facing nowadays are that they are too rigid and brittle. Keeping that in our mind we modelled our insoles with a design solution that would hopefully make our insoles more durable during walking.

During the test-period, we conducted we saw moderate wear on both 3D-printing materials that were used to print the insoles from. We also got some results regarding our insole design that was modelled to sustain the amount of stress coming from walking better than before. There were differences in material endurance and functionality.

There is room for possible follow-up studies to be carried out regarding 3D-printing, modelling and the materials that are currently used. Our thesis scratched just the surface of 3D-printing and there is a lot more to study.