Unlimited Tomorrow 公司將傳統(tǒng)假肢的成本降低了 90%，同時(shí)提高了假肢質(zhì)量，并加快了交付速度！

利用我們的舊版軟件，可以看到 3D 打印中仍有很多小平面，但是使用 NX 則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。它的幾何形狀非常精確，外觀更加逼真。
Matt Landolfa,
首席機(jī)械設(shè)計(jì)工程師 Unlimited Tomorrow

一位少年引發(fā)的醫(yī)學(xué)革命

伊斯頓·拉查佩爾 (Easton LaChappelle) 決定打造一只功能齊全的假手時(shí)，年僅 14 歲。拉查佩爾在科羅拉多州的山中小鎮(zhèn)曼科斯長(zhǎng)大，他所在的八年級(jí)只有 23 個(gè)人。百無(wú)聊賴的他對(duì)機(jī)器人技術(shù)如癡如迷，很快就超出了學(xué)校所傳的知識(shí)范圍?！拔议_(kāi)始窩在臥室，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)所需的機(jī)器人技術(shù)，”拉查佩爾說(shuō)。

拉查佩爾決定制作一只遙控機(jī)械手，以此證明自己對(duì)機(jī)器人技術(shù)的熱愛(ài)。他使用所有能找到的東西，如釣魚線、樂(lè)高積木、絕緣膠帶、擋風(fēng)玻璃刮水器的電機(jī)等，拼湊了一個(gè)像電視劇主角馬蓋先的東西，并花了九個(gè)月的時(shí)間不斷試驗(yàn)，但可惜屢試屢敗，用他的話說(shuō)，“敗得很慘?！?/p>

最終，拉查佩爾做出了一只原始的機(jī)械手，但直到 16 歲生日時(shí)，他才開(kāi)始改進(jìn)設(shè)計(jì)，而這為他希望渺茫的未來(lái)確定了努力方向。當(dāng)時(shí)，他買了一臺(tái)廉價(jià)的激光切割木料 3D 打印機(jī)，開(kāi)始晝夜鉆研。他改進(jìn)了機(jī)械手每根手指的靈活度和大拇指，然后繼續(xù)造了前臂、肘部和肩部，最終做出了一條完整的手臂。

拉查佩爾帶著自己的機(jī)械手臂參加了多個(gè)科學(xué)展會(huì)，從此聲名大噪。擁有一只像變形金剛那樣可以扔球和握手的手臂，比起司空見(jiàn)慣的火山爆發(fā)，更能引人注目。很快，拉查佩爾就進(jìn)入美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 實(shí)習(xí)。時(shí)任總統(tǒng)奧巴馬在白宮和他的機(jī)械手臂握手。不久之后，拉查佩爾開(kāi)始在世界各地發(fā)表主題演講。

突如其來(lái)的靈感來(lái)源

這一切發(fā)生在 2013 年，盡管對(duì)于一個(gè)小鎮(zhèn)少年而言，媒體的贊揚(yáng)是令人陶醉的，但是當(dāng)年一個(gè)不經(jīng)意間的小事對(duì)拉查佩爾產(chǎn)生了巨大影響。他回憶道，“當(dāng)時(shí)是在科羅拉多州的科學(xué)展會(huì)上，我注意到一個(gè)小女孩在試驗(yàn)我這個(gè)機(jī)械手臂的手指靈活度。我意識(shí)到她戴著一個(gè)假肢。那是我第一次在人身上看到那種技術(shù)?！?/p>

拉查佩爾和那個(gè)女孩及她父母攀談起來(lái)，了解她的假肢是如何使用的。了解到的情況既令他非?；倚?，但又深受啟發(fā)?！拔耶?dāng)時(shí)了解到，她的假肢竟然花了 8 萬(wàn)美元，而上面只有一個(gè)夾持裝置，而且很快就會(huì)被淘汰，因?yàn)樾枰荒陼r(shí)間才能制成。我想，‘這不可能，我在臥室里造出的手臂才用了 300 美元。’我覺(jué)得難以置信，那也是我的頓悟之刻?！?/p>

這件事之后一個(gè)月，拉查佩爾受邀在科羅拉多州丹佛市發(fā)表科技、娛樂(lè)和設(shè)計(jì) (TEDx) 演講。在談到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的個(gè)性化假肢的前景時(shí)，拉查佩爾受到了全場(chǎng)觀眾起立鼓掌的肯定，并收到了著名勵(lì)志演講家和人生導(dǎo)師托尼·羅賓斯 (Tony Robbins) 的電話。拉查佩爾回憶說(shuō)“他對(duì)我說(shuō)，‘我在心理上幫助了世界各地的很多人，我還一直希望能在身體上幫助他們，而你成功地做到了這一點(diǎn)?！?014 年 2 月，在拉查佩爾 18 歲生日兩個(gè)月后，羅賓斯提供啟動(dòng)資金成立了 Unlimited Tomorrow 公司。

Unlimited Tomorrow 的追求與挑戰(zhàn)

拉查佩爾很快得知，雖然他的機(jī)械手臂很先進(jìn)，但是必須繼續(xù)改進(jìn)創(chuàng)新，才能顛覆手臂假肢市場(chǎng)，特別是對(duì)那些他想幫助的患者：和那個(gè)給予他靈感的七歲女孩一樣的孩子們。

第一個(gè)問(wèn)題是，拉查佩爾制造的手臂重達(dá)八磅。一個(gè)普通兒童手臂假肢的重量在兩磅半到四磅之間，但即使這樣對(duì)許多孩子來(lái)說(shuō)也太重了?！耙粋€(gè)令人無(wú)奈的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是，半數(shù)擁有手臂假肢的人都不穿戴假肢，” Unlimited Tomorrow 的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁肖恩·瓊斯 (Sean Jones) 說(shuō)。

此外還有時(shí)間問(wèn)題。兒童因成長(zhǎng)而更換假肢的速度幾乎和換鞋子一樣快。有些人在成年之前會(huì)用掉四五個(gè)假肢，總價(jià)在 8 萬(wàn)美元左右。僅訂購(gòu)和安裝假肢的過(guò)程就可能長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月，當(dāng)兒童拿到新手臂時(shí)，可能已經(jīng)戴不上了。

減輕重量和加快開(kāi)發(fā)速度是 Unlimited Tomorrow 必須克服的兩大技術(shù)障礙。第三個(gè)障礙當(dāng)然是降低假肢的高昂費(fèi)用。但是，拉查佩爾和他的工程團(tuán)隊(duì)還面臨著一個(gè)同樣重要的難題，即為年輕用戶提供一款穿戴舒適的假肢，不僅要功能實(shí)用，還要感覺(jué)舒適。瓊斯表示，“對(duì)一些兒童來(lái)說(shuō)，手臂假肢的作用是功能上的，他們想做以前無(wú)法做的事情?！岸鴮?duì)另外一些兒童來(lái)說(shuō)，手臂假肢的作用是心理上的，他們只是想戴上。我們很早就意識(shí)到，我們需要發(fā)明一款個(gè)性化的假肢，盡量與兒童的對(duì)側(cè)手臂相匹配?！?/p>

顛覆兒童假肢行業(yè)

轉(zhuǎn)眼到了 2019 年，Unlimited Tomorrow 推出了業(yè)內(nèi)首款重量輕盈、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、外形逼真的多關(guān)節(jié)假肢 TrueLimb。這款假肢僅重 1.1 磅，比普通的兒童手臂假肢輕了三磅。TrueLimb 假肢可為每位用戶進(jìn)行個(gè)性化定制，甚至可以精確到粗細(xì)、膚色和指甲。其價(jià)格為 8000 美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)假肢。而最令人驚訝的是，兒童在幾周內(nèi)就能拿到 TrueLimb，甚至無(wú)需走出舒適的家門。

拉查佩爾及其團(tuán)隊(duì)是如何迅速顛覆假肢行業(yè)的？答案是引入了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：遠(yuǎn)程 3D 掃描、電子傳感和增材制造技術(shù)。

Unlimited Tomorrow 直達(dá)消費(fèi)者的方案始于客戶的家，也終于客戶的家。該公司會(huì)向用戶寄送一個(gè) 3D 掃描儀，用戶在朋友或家人的幫助下對(duì)其殘臂進(jìn)行 3D 掃描，并提供對(duì)側(cè)手臂的照片用于匹配。用戶可在 450 種膚色中選擇，然后將信息發(fā)回公司。之后，Unlimited Tomorrow 3D 打印出 TrueLimb 并寄送給用戶，用戶收到假肢的速度比傳統(tǒng)流程快了五倍。

增材制造的價(jià)值

盡管 TrueLimb 的成功要?dú)w功于一系列技術(shù)，其中最重要的是專有的肌肉傳感技術(shù)，可賦予用戶多種抓握功能和單手指控制能力，但同時(shí)，增材制造技術(shù)也同樣不可或缺。拉查佩爾說(shuō)，“自從在臥室使用那臺(tái)廉價(jià)打印機(jī)以來(lái)，我一直在用 3D 打印技術(shù)超越極限。多年來(lái)，我們嘗試了各種機(jī)器，但是一直未能找到足夠堅(jiān)固耐用，又足夠個(gè)性化、能夠貼合用戶需求的機(jī)器。”

解決最重要的接受腔問(wèn)題

盡管有各種先進(jìn)技術(shù)加持，Unlimited Tomorrow 當(dāng)時(shí)仍面臨一大技術(shù)挑戰(zhàn)，影響著它擴(kuò)大 TrueLimb 市場(chǎng)規(guī)模的能力。手臂假肢最重要的部分是連接人體殘肢的接受腔。接受腔不僅包含激活手部靈活度的傳感器，而且決定著假肢的舒適與否。

但是 Unlimited Tomorrow 的工程師們很難設(shè)計(jì)出用戶所需的量身定制般的接受腔。首席機(jī)械設(shè)計(jì)工程師馬特·蘭多爾法 (Matt Landolfa) 表示：“在以前的流程中，我們會(huì)先對(duì)用戶的殘肢進(jìn)行 3D 掃描，再上傳到 CAD 工具中，將其和通用的接受腔模型進(jìn)行結(jié)合。然后，我們?cè)儆昧硪粋€(gè)軟件將這個(gè)通用模型轉(zhuǎn)變?yōu)閽呙杞Y(jié)果。這個(gè)過(guò)程很慢，而且很難修改結(jié)果。我們經(jīng)常需要返工重做，而且無(wú)法保證下一次準(zhǔn)能成功?！?/p>

鑒于 Unlimited Tomorrow 現(xiàn)有和未來(lái)的客戶量，減少測(cè)試用接受腔的數(shù)量對(duì)于擴(kuò)大業(yè)務(wù)規(guī)模至關(guān)重要。他們需要能夠幫助高效制作個(gè)性化接受腔的軟件。

拉查佩爾對(duì)市場(chǎng)上是否有這種能解決他們問(wèn)題的軟件心存疑慮。后來(lái)他碰巧在一次會(huì)議上遇到了西門子公司的一位高管。拉查佩爾回憶說(shuō)，“我們安排了和 NX 產(chǎn)品工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行面談，在第一次見(jiàn)面時(shí)，我就對(duì)他們說(shuō)，‘聽(tīng)我說(shuō)，我認(rèn)為?NX?或任何其他 CAD 軟件包都幫不了我們。我們需要的東西真的非常非常難找?！?/p>

NX?是 Siemens Digital Industries Software 旗下綜合性、集成式軟件和服務(wù) Xcelerator? 產(chǎn)品組合的一部分。

在接下來(lái)的幾個(gè)月里，西門子的工程師們證明了拉查佩爾是錯(cuò)的。西門子的咨詢顧問(wèn)與 Unlimited Tomorrow 工程團(tuán)隊(duì)合作，利用“NX? 產(chǎn)品模板工作室”軟件開(kāi)發(fā)了一個(gè)解決方案。新的解決方案將自動(dòng)化優(yōu)化和基于規(guī)則的參數(shù)化設(shè)計(jì)相結(jié)合，使蘭多爾法團(tuán)隊(duì)能夠更好地控制接受腔的幾何形狀。

據(jù)蘭多爾法說(shuō)，新的接受腔設(shè)計(jì)工作流程取得成功的一個(gè)關(guān)鍵因素，是幾何形狀的高度吻合?！坝捎诮鉀Q方案全部在一個(gè)系統(tǒng)中，如果需要調(diào)整，我們不必像以前那樣重啟程序?！?/p>

該系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性對(duì) Unlimited Tomorrow 的業(yè)務(wù)尤為重要。隨著他們擴(kuò)大規(guī)模，滿足不斷增長(zhǎng)的需求，他們計(jì)劃不再讓工程師用 NX 進(jìn)行臨床監(jiān)督，而改由臨床醫(yī)師來(lái)操作軟件。

但是，新的 NX 方法對(duì)接受腔開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)，是其實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量水平和一致性。拉查佩爾說(shuō)，“由?NX 推動(dòng)的接受腔開(kāi)發(fā)過(guò)程在公司上下引起了巨大連鎖反應(yīng)。目前，我們正在拓展該軟件的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化和自動(dòng)化?！?/p>

NX 增材制造的額外優(yōu)勢(shì)

NX 在個(gè)性化掃描到打印應(yīng)用方面的能力，并非 Unlimited Tomorrow 從該軟件獲得的唯一優(yōu)勢(shì)。NX 增材制造軟件與3D 打印機(jī)緊密相連，并針對(duì)工業(yè)化增材制造進(jìn)行調(diào)優(yōu)。對(duì)蘭多爾法來(lái)說(shuō)，NX 的影響是不言而喻的：“ NX 使3D打印機(jī)的輸出更加順暢，我們力求為客戶提供感覺(jué)自然、外形美觀的 TrueLimb。利用我們的舊版軟件，可以看到 3D 打印中仍有很多小平面，但是使用 NX 則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。它的幾何形狀非常精確，外觀更加逼真?！?/p>

這一點(diǎn)不僅體現(xiàn)在 TrueLimb 的接受腔上，還延伸到了上臂假肢的所有其他部件上。Unlimited Tomorrow 正在將所有部件的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到 NX 環(huán)境中。同時(shí)，他們也在探索?NX 的自動(dòng)化嵌套功能。拉查佩爾表示，“我們正在迅速擴(kuò)大規(guī)模。在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)之前，我們需要優(yōu)化 HP580 的生產(chǎn)能力，而這正是自動(dòng)嵌套發(fā)揮作用的地方。”

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