“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)計工程師 Unlimited Tomorrow
一位少年引發(fā)的醫(yī)學(xué)革命
當(dāng)年，伊斯頓·拉查佩爾 (Easton LaChappelle) 決定打造一只功能齊全的假手時，年僅 14 歲。拉查佩爾在科羅拉多州的山中小鎮(zhèn)曼科斯長大，他所在的八年級只有 23 個人。百無聊賴的他對機(jī)器人技術(shù)如癡如迷，很快就超出了學(xué)校所傳的知識范圍?！拔议_始窩在臥室，通過網(wǎng)絡(luò)自學(xué)所需的機(jī)器人技術(shù)，”拉查佩爾說。
拉查佩爾決定制作一只遙控機(jī)械手，以此證明自己對機(jī)器人技術(shù)的熱愛。他使用所有能找到的東西，如釣魚線、樂高積木、絕緣膠帶、擋風(fēng)玻璃刮水器的電機(jī)等，拼湊了一個像電視劇主角馬蓋先的東西，并花了九個月的時間不斷試驗，但可惜屢試屢敗，用他的話說，“敗得很慘。”
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，他才開始改進(jìn)設(shè)計，而這為他希望渺茫的未來確定了努力方向。當(dāng)時，他買了一臺廉價的激光切割木料 3D 打印機(jī)，開始晝夜鉆研。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)械手臂參加了多個科學(xué)展會，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)入美國國家航空航天局 (NASA) 實習(xí)。時任總統(tǒng)奧巴馬在白宮和他的機(jī)械手臂握手。不久之后，拉查佩爾開始在世界各地發(fā)表主題演講。
突如其來的靈感來源
這一切發(fā)生在 2013 年，盡管對于一個小鎮(zhèn)少年而言，媒體的贊揚(yáng)是令人陶醉的，但是當(dāng)年一個不經(jīng)意間的小事對拉查佩爾產(chǎn)生了巨大影響。他回憶道，“當(dāng)時是在科羅拉多州的科學(xué)展會上，我注意到一個小女孩在試驗我這個機(jī)械手臂的手指靈活度。我意識到她戴著一個假肢。那是我第一次在人身上看到那種技術(shù)?！?/FONT>
拉查佩爾和那個女孩及她父母攀談起來，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)時了解到，她的假肢竟然花了 8 萬美元，而上面只有一個夾持裝置，而且很快就會被淘汰，因為需要一年時間才能制成。我想，‘這不可能，我在臥室里造出的手臂才用了 300 美元?！矣X得難以置信，那也是我的頓悟之刻?！?/FONT>
這件事之后一個月，拉查佩爾受邀在科羅拉多州丹佛市發(fā)表科技、娛樂和設(shè)計 (TEDx) 演講。在談到經(jīng)濟(jì)實用的個性化假肢的前景時，拉查佩爾受到了全場觀眾起立鼓掌的肯定，并收到了著名勵志演講家和人生導(dǎo)師托尼·羅賓斯 (Tony Robbins) 的電話。拉查佩爾回憶說“他對我說，‘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?！?014 年 2 月，在拉查佩爾 18 歲生日兩個月后，羅賓斯提供啟動資金成立了 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，特別是對那些他想幫助的患者：和那個給予他靈感的七歲女孩一樣的孩子們。
第一個問題是，拉查佩爾制造的手臂重達(dá)八磅。一個普通兒童手臂假肢的重量在兩磅半到四磅之間，但即使這樣對許多孩子來說也太重了?！耙粋€令人無奈的統(tǒng)計結(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)開發(fā)副總裁肖恩·瓊斯 (Sean Jones) 說。
此外還有時間問題。兒童因成長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用掉四五個假肢，總價在 8 萬美元左右。僅訂購和安裝假肢的過程就可能長達(dá)六個月，當(dāng)兒童拿到新手臂時，可能已經(jīng)戴不上了。
減輕重量和加快開發(fā)速度是 Unlimited Tomorrow 必須克服的兩大技術(shù)障礙。第三個障礙當(dāng)然是降低假肢的高昂費用。但是，拉查佩爾和他的工程團(tuán)隊還面臨著一個同樣重要的難題，即為年輕用戶提供一款穿戴舒適的假肢，不僅要功能實用，還要感覺舒適。瓊斯表示，“對一些兒童來說，手臂假肢的作用是功能上的，他們想做以前無法做的事情?！岸鴮α硗庖恍﹥和瘉碚f，手臂假肢的作用是心理上的，他們只是想戴上。我們很早就意識到，我們需要發(fā)明一款個性化的假肢，盡量與兒童的對側(cè)手臂相匹配?！?/FONT>
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)行個性化定制，甚至可以精確到粗細(xì)、膚色和指甲。其價格為 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，甚至無需走出舒適的家門。
拉查佩爾及其團(tuán)隊是如何迅速顛覆假肢行業(yè)的?答案是引入了多項先進(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)消費者的方案始于客戶的家，也終于客戶的家。該公司會向用戶寄送一個 3D 掃描儀，用戶在朋友或家人的幫助下對其殘臂進(jìn)行 3D 掃描，并提供對側(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。
增材制造的價值
盡管 TrueLimb 的成功要歸功于一系列技術(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，增材制造技術(shù)也同樣不可或缺。拉查佩爾說，“自從在臥室使用那臺廉價打印機(jī)以來，我一直在用 3D 打印技術(shù)超越極限。多年來，我們嘗試了各種機(jī)器，但是一直未能找到足夠堅固耐用，又足夠個性化、能夠貼合用戶需求的機(jī)器?！?/FONT>
引進(jìn)惠普多射流熔融 580 彩色 3D 打印機(jī)。拉查佩爾表示，“我們是美國第一家收到 580 的公司，我們在這些機(jī)器上走過的路可能比世界上任何人的都要多。這款機(jī)器能幫助我們實現(xiàn)材料強(qiáng)度和色彩精度的完美結(jié)合?！?/FONT>
解決最重要的接受腔問題
盡管有各種先進(jìn)技術(shù)加持，Unlimited Tomorrow 當(dāng)時仍面臨一大技術(shù)挑戰(zhàn)，影響著它擴(kuò)大 TrueLimb 市場規(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)計出用戶所需的量身定制般的接受腔。首席機(jī)械設(shè)計工程師馬特·蘭多爾法 (Matt Landolfa) 表示：“在以前的流程中，我們會先對用戶的殘肢進(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，我們再用另一個軟件將這個通用模型轉(zhuǎn)變?yōu)閽呙杞Y(jié)果。這個過程很慢，而且很難修改結(jié)果。我們經(jīng)常需要返工重做，而且無法保證下一次準(zhǔn)能成功?！?/FONT>
鑒于 Unlimited Tomorrow 現(xiàn)有和未來的客戶量，減少測試用接受腔的數(shù)量對于擴(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性化接受腔的軟件。
拉查佩爾對市場上是否有這種能解決他們問題的軟件心存疑慮。后來他碰巧在一次會議上遇到了西門子公司的一位高管。拉查佩爾回憶說，“我們安排了和 NX 產(chǎn)品工程團(tuán)隊進(jìn)行面談，在第一次見面時，我就對他們說，‘聽我說，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?！?/FONT>
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。
在接下來的幾個月里，西門子的工程師們證明了拉查佩爾是錯的。西門子的咨詢顧問與 Unlimited Tomorrow 工程團(tuán)隊合作，利用“NX? 產(chǎn)品模板工作室”軟件開發(fā)了一個解決方案。新的解決方案將自動化優(yōu)化和基于規(guī)則的參數(shù)化設(shè)計相結(jié)合，使蘭多爾法團(tuán)隊能夠更好地控制接受腔的幾何形狀。
據(jù)蘭多爾法說，新的接受腔設(shè)計工作流程取得成功的一個關(guān)鍵因素，是幾何形狀的高度吻合?！坝捎诮鉀Q方案全部在一個系統(tǒng)中，如果需要調(diào)整，我們不必像以前那樣重啟程序?！?/FONT>
該系統(tǒng)的簡單性對 Unlimited Tomorrow 的業(yè)務(wù)尤為重要。隨著他們擴(kuò)大規(guī)模，滿足不斷增長的需求，他們計劃不再讓工程師用 NX 進(jìn)行臨床監(jiān)督，而改由臨床醫(yī)師來操作軟件。
但是，新的 NX 方法對接受腔開發(fā)過程帶來的最大優(yōu)勢，是其實現(xiàn)的質(zhì)量水平和一致性。拉查佩爾說，“由 NX 推動的接受腔開發(fā)過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)一步實現(xiàn)流程優(yōu)化和自動化?！?/FONT>
NX 增材制造的額外優(yōu)勢
NX 在個性化掃描到打印應(yīng)用方面的能力，并非 Unlimited Tomorrow 從該軟件獲得的唯一優(yōu)勢。NX 增材制造軟件與惠普的 3D 打印機(jī)緊密相連，并針對工業(yè)化增材制造進(jìn)行調(diào)優(yōu)。對蘭多爾法來說，NX 的影響是不言而喻的：“ NX 使惠普 580 打印機(jī)的輸出更加順暢，我們力求為客戶提供感覺自然、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 則不會出現(xiàn)這種情況。它的幾何形狀非常精確，外觀更加逼真?！?/FONT>
這一點不僅體現(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)計轉(zhuǎn)移到 NX 環(huán)境中。同時，他們也在探索 NX 的自動化嵌套功能。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，而這正是自動嵌套發(fā)揮作用的地方。”
Unlimited Tomorrow 的廣闊前景
Unlimited Tomorrow 未來將會怎樣?已于 2020 年底年滿 25 歲的拉查佩爾有著雄心勃勃的目標(biāo)。他說，“七年前，當(dāng)我獨自在臥室里制造第一個機(jī)器手臂的時候，如果有人對我說，我會取得今天的成就，我絕不會相信。如今，在經(jīng)歷了這一切之后，我更在意的是我們將來會有何成就。我們一直在問一個基本的問題：‘我們?nèi)绾谓⒁患夷軌蚋淖內(nèi)?4000 萬截肢患者生活的企業(yè)?’”
“這是我們的遠(yuǎn)大目標(biāo)。而這意味著要大幅提高運營規(guī)模。在這一過程中，我們離不開 3D 打印技術(shù)和增材制造軟件的幫助?！?/FONT>
（NX）
