跟工程師看帕運會:3D 打印如何幫助傷殘運動員?

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東京帕運會港隊代表陳浩源在輪椅羽毛球 WH2 級男子單打贏得銅牌。 圖片來源:Yasuyoshi CHIBA/AFP

東京帕運會完滿落幕,正當運動員和幕後團隊打道回國,各地工程師可能已埋首改良傷殘輔助器材。由義肢到輪椅,不少帕運參賽者都要輔助器材競賽,澳洲大學研究人員便分享,3D 打印技術的普及,如何使輔助器材更易度身訂做,替換零件更方便,可望鼓勵更多傷殘人士享受運動樂趣。

昆士蘭大學高級研究員兼講師 James Novak 和悉尼科技大學高級研究員 Andrew Novak 在學術交流平台 The Conversation 指出,大量生產的主流運動設備,如手套、運動鞋、單車等,通常只適合體格健全人士使用,帕運會運動員必須特別訂製設備,既昂貴又費時,結果限制部分運動員訓練和參賽的可能,有人甚至得轉投 DIY 土炮設備。

3D 打印技術的出現,帶來重大突破。曾經參與帕運會的英國三項鐵人運動員 Joe Townsend 和美國田徑選手 Arielle Rausin,現在便利用 3D 打印技術,為自己以及其他輪椅運動員度身訂製手套,剪裁非常貼身,又可運用不同材料打印。Townsend 平時用較柔軟的手套訓練,在比賽時則改用硬身物料以發揮最佳水準。

3D 打印手套不但價錢便宜,又可極速生產,有損耗亦可即時重印;由於所有設計都數碼化,可依據運動員的意見即時修改,即使急需要維修零件也可隨時生產。要把 3D 打印發揮到最佳效果,當然還要靠其他技術配合,例如 3D 掃瞄器可以把運動員的體格資料數據化,是度身訂做過程所不可或缺。

東京帕運會德國場地單車選手 Denise Schindler 在 C1-3 級爭先賽奪得銅牌,期間以 3D 打印義肢輔助作賽。 圖片來源:路透社

專業運動員或許會擔心 3D 打印物料不夠堅固耐用,未必可應付世界級專業賽事,但其實相關技術近年已非常成熟,3D 打印公司能夠為不同專業訂製設備,可應用到醫療及航空工程範疇。

回顧 2016 年里約帕運,德國場地單車選手 Denise Schindler 使用帕運史上首個 3D 打印義肢,以聚碳酸酯為主要物料,比以前使用的碳纖維更輕盈、堅固和合身。有研究指出,場地單車爭先賽加速時,可產生超過 1,000 牛頓(N)力度,相當於重 100 公斤的人壓在頭頂,可想而知義肢要承受多大力度。最終 Schindler 於當屆帕運女子公路賽 C1-3 級獲銅牌,今屆亦贏得場地單車女子爭先賽 C1-3 級銅牌

展望未來,3D 打印還會有更多先進物料選擇,如碳纖維,Townsend 便以此為手動單車(handbike)裝上合身的曲柄臂。鈦物料亦可用於 3D 打印義肢上,紐西蘭選手 Anna Grimaldi 便以此抓住 50 公斤重物,這都是傳統義肢所無可比擬。