Noemenswaardig project: paralympiër zonder knieën kan snowboarden dankzij 3D-geprinte binders

Een Britse oorlogsveteraan die paralympisch snowboarding is geworden, denkt met een nieuwe technologie een voorsprong te kunnen nemen op zijn concurrenten. De man, wiens beide benen net boven de knie zijn geamputeerd, kan middel van met glas versterkte nylon binders een stuk sneller snowboarden.

Het zogenaamde Centre for Modelling & Simulation (CFMS) gebruikte een 3D-printtechniek om de nylon binders te maken. Paralympiër Darren Swift hoopt er in 2022 tijdens de Paralympische Spelen van China mee te kunnen snowboarden. Volgens Davide Bianchi, hoofd ‘advanced simulation’ bij CFMS, is dit het eerste 3D-product in zijn soort. “Er zijn zo’n vijfhonderd ontwerpuren in gaan zitten en de productie duurde zo’n twee jaar, onder andere vanwege de complexe en hoogwaardige ontwerptechnieken”, zo vertelt hij tegen The Manufacturer.

Lees ook: 4 trends op het gebied van 3D-printen

Een game changer

Darren Swift (ook wel ‘Swifty’ genoemd) noemt de nieuwe binders een ‘game changer’ for paralympisch snowboarden. De voormalig militair klopte zelf met een ontwerp aan bij CFMS. De inspiratie om te gaan snowboarden kreeg hij na zijn ongeluk zittend had geskied. Hij verloor zijn beide benen tijdens een explosie in Noord-Ierland in 1991. Hij experimenteerde vervolgens onder andere met sporten zoals skydiving en kanoën. De laatste drie jaar is hij als snowboarder aan het trainen voor de Paralympische Winterspelen in 2022. Hoewel het product voor die tijd nog aanpassingen nodig zal hebben, zegt Swift dat de nieuwe binders de druk op zijn ruggenwervel en bekken dusdanig verlichten dat hij beter kan snowboarden.

Natuurkundige principes

Davide Bianchi, een voormalig ruimtevaartingenieur, zegt in hetzelfde inspirerende artikel dat zijn team op basis van Swift’s ontwerpconcept terug moesten vallen op natuurkundige principes omdat er geen andere voorbeelden van een dergelijk product waren. “Het ontwerp was ingewikkeld omdat we in het begin niet wisten welke technologie we moesten gebruiken. Toen we eenmaal alle vereisten hadden op een rijtje hadden gezet, zijn we de eerste berekeningen gaan maken om te begrijpen welke dimensies we nodig hadden. Het product moest verstelbaar zijn, dus we moesten iets maken waarmee je verschillende hoeken voor verschillende atleten kon realiseren. We realiseerden ons al snel dat we een technologie nodig hadden die ons in staat stelt om hele fijne details te creëren, dus we hebben alle traditionele bewerkingstechnologieën overboord gegooid omdat bepaalde hoeken zo niet konden worden geproduceerd. De enige technologie die overbleef, was 3D-printen.”

Selective Laser Sintering

De FDM-printer van CFMS bleek ongeschikt voor het maken van de binders en dus werd de SLS-techiek (Selective Laser Sintering) ingezet. Daardoor konden meerdere materialen gebruikt worden. “Het probleem is dat printen in metaal een fortuin kost. Dat zou het product voor toekomstige consumenten onbetaalbaar maken. Zodoende bleef, door middel van uitsluiting, alleen polymeer over. In dit geval gaat het om met glas versterkt nylon. We hebben dat ontworpen voor SLS, maar het probleem met deze techniek is dat het CAD-ontwerp vaak toch net iets anders uit de printer komt. In het geval van deze binders is dat toch een probleem omdat het uit veel kleine glijdende componenten bestaat die binnen hele kleine toleranties moeten bewegen. Dus toen we het uiteindelijke ontwerp hadden, onder andere door het met de hand tekenen van 3D-modellen, hebben we er een structurele analyse op los gelaten waarmee de laatste puntjes op de ‘i’ werden gezet. Daarna konden we printen. We hebben alle verbindingen en scharnieren geprint om te zorgen dat alles er correct uitkwam.”

Bianchi en zijn team werden geconfronteerd met het maken van een product dat oorspronkelijk alleen wordt gebruikt door valide sporters. Doordat de binders nu door iemand zonder knieen zou worden gebruikt, waren de unieke houding en verdeling van de belasting van Swifty sleutelfactoren in het ontwerpproces. De binders zijn wel zo gemaakt dat het voor iedere invalide sporter aan te passen is op persoonlijke omstandigheden.

De binders zijn geprint door Airbus. Vorig jaar zijn ze onder andere door Swift met succes getest op een skipiste.

Bron: The Manufacturer
Foto’s: CFMS