Все началось семь лет назад, когда тогдашний генеральный директор Parker Hannifin Дон Вашкевич обратился к своей команде с вопросом: "Каково будущее нашей компании?".

Это вызвало шквал активности, направленной на определение новых территорий и возможностей, которые обеспечат рост компании в будущем. В конечном итоге эта инициатива привела компанию к изучению того, как она может использовать свои основные компетенции в области технологий движения и управления для разработки носимых роботизированных устройств в области протезирования и ортопедии.

Изучая эту возможность, компания Parker Hannifin связалась с исследователями из Университета Вандербильта, работающими над созданием адаптировать робототехнику чтобы помочь пациентам с параличом нижних конечностей повысить мобильность и вернуть способность ходить. Это привело к разработке носимого экзоскелета, который состоит из корсета, надеваемого на бедра и ноги, и питается от моторов, батарей и другой электроники.

В 2012 году Parker Hannifin и Вандербильт заключили соглашение о лицензировании технологии, и вскоре после этого компания приступила к коммерциализации роботизированного экзоскелета под названием Indego. Доктор Райан Фаррис был соавтором изобретения при разработке технологии в рамках своей докторской работы в Вандербильте, и компания Parker Hannifin привлекла его в качестве технического руководителя подразделения, которому поручено вывести Indego на рынок.

В поисках гибкого решения для материалов и производства

В самом начале проекта Фаррис и его команда в Parker Hannifin быстро обнаружили, что время, затрачиваемое на ожидание предложений по производству и конечных деталей через традиционных поставщиков-производителей компании, слишком велико, чтобы уложиться в жесткие сроки разработки.

Фаррис знал, что в условиях жесткой конкуренции на рынке, когда каждый день разработки продукта может привести к успеху, время имеет огромное значение. Стремление сократить цикл проектирования и ускорить производство деталей привело его в Protolabs для создания прототипов и конечных деталей.

"Мы используем Protolabs в основном для тестирования новых идей", - объясняет Фаррис. "Например, когда мы рассматриваем потенциальное улучшение конструкции, мы хотим иметь возможность как можно быстрее создать детали и посмотреть, как они работают".

На первый взгляд

ВызовИнженерам компании Parker Hannifin, создающим роботизированный экзоскелет, требовалось решение для быстрого производства, чтобы ускорить разработку и снизить риски при проектировании.Решение Сочетание цифровых производственных технологий и автоматизированной системы котировки Protolabs позволило обеспечить итеративный процесс проектирования без ущерба для времени выхода на рынок.Результат Быстрое формование, обработка и 3D-печать, а также интерактивное котирование позволили команде разработчиков сэкономить месяцы времени на разработку.

Indego - это роботизированный экзоскелет, призванный помочь пациентам с параличом нижних конечностей снова начать ходить. Во время разработки компания Parker Hannifin использовала Protolabs для быстрого тестирования усовершенствований конструкции.

Одна из конкретных задач, для решения которой требовалось быстрое изготовление деталей, была связана с компонентом, служащим световодом для устройства. Эта деталь передает свет от небольшого светодиода на встроенной печатной плате на внешний экран, чтобы пользователь мог видеть текущее состояние устройства.

"Этот маленький индикатор особенно важен, потому что именно так пользователь - параплегик, пациент, перенесший инсульт, или тот, кто использует систему, - узнает, в каком состоянии он находится, в каком режиме и что сейчас произойдет с устройством", - говорит Фаррис.

Первоначальная конструкция световой трубки была изготовлена из формованного прозрачного термопластика. После нескольких циклов испытаний стало ясно, что материал слишком хрупкий, чтобы выдержать суровые условия ежедневного использования, поскольку система была спроектирована так, чтобы изгибаться при движении пользователя. Фаррис также объяснил, что световая трубка была частью большого узла, и относительное движение узла не очень хорошо сочеталось с жестким компонентом, похожим на пластик.

Стремление сократить цикл проектирования и быстрее изготавливать детали привело его в компанию Protolabs для создания прототипов и конечных деталей.

Быстрое изготовление инструментов из силиконовой резины устраняет производственный разрыв

Фаррис и его команда провели переоценку материала, из которого изготовлен компонент легкой трубы, и решили производить деталь из жидкая силиконовая резина (LSR). Отлитая из LSR деталь должна была естественным образом сгибаться при движении пользователя и обладать прочностью, позволяющей ей служить бесконечно долго. Но проблема заключалась не только в выборе подходящего материала. Также требовался экономичный вариант формовки, который был бы оптимален для данного этапа разработки продукта, поскольку дизайн еще не был завершен.

Роботизированный экзоскелет все еще находился на стадии создания прототипа, а разрешение FDA еще не было получено, поэтому дорогостоящие инвестиции в традиционную оснастку были не идеальны. Фаррис обратился к процессу формовки LSR компании Protolabs для быстрого изготовления нескольких легких трубных компонентов, чтобы он мог протестировать новую конструкцию и иметь гибкость для внесения изменений в случае необходимости.

Он отмечает, что ключом к ускорению процесса формовки стала автоматизированная система Protolabs, интерактивная система котирования. Он и его команда часто загружают детали для получения котировок в течение нескольких часов, а затем проходят через несколько итераций, пока не достигнут желаемой стоимости. Это позволило добиться высокой итеративности процесса проектирования при одновременном снижении стоимости разработки, поскольку все это можно было сделать в цифровом виде с помощью программного обеспечения и не требовало изготовления конечных деталей.

Роботизированный экзоскелет состоит из браслета, надеваемого на бедра и голени, и питается от моторов, батарей, электроники и интеллектуального программного обеспечения, помогающего пользователям двигаться.

Автоматизированное цитирование позволяет сэкономить недели времени на разработку

После получения деталей из жидкого силиконового каучука они провели испытания новой конструкции и обнаружили, что она обладает достаточной гибкостью и прочностью, чтобы выдержать ежедневное использование системы Indego. "Мы остались очень довольны переходом на детали из жидкой силиконовой резины", - говорит Фаррис. "Светопропускание превосходное, видимость индикатора для пользователя отличная, и у нас не было никаких проблем с долговечностью после перехода".

По оценкам Фарриса, услуги Protolabs по формовке сэкономили его команде от одного до двух месяцев времени, изготовив детали из LSR за несколько дней. Благодаря оснастке, оптимизированной для малосерийного производства, они смогли преодолеть разрыв между ранними прототипами и окончательным производством.

"Если бы мы попытались изготовить эти детали самостоятельно, это заняло бы месяц из-за ограничений пропускной способности", - говорит Фаррис.

Но этот редизайн был не просто усовершенствованием продукта, разработанным в научно-исследовательской лаборатории. Фаррис рассказал, что это один из примеров более масштабных стратегических усилий компании, направленных на обслуживание клиентов путем прислушивания к отзывам пользователей и быстрого внедрения улучшений в продукт.

"Наша цель - быть как можно быстрее. Когда у нас появляются новые разработки, одним из наших конкурентных преимуществ является скорость. Когда у нас возникают проблемы в полевых условиях, одним из моментов, который, по нашему мнению, в значительной степени демонстрирует заботу о наших клиентах, является скорость реагирования", - пояснил он.

Помимо литой детали из LSR, инженеры и дизайнеры Indego в значительной степени полагались на Обработка с ЧПУ в Protolabs и 3D-печать возможности в ходе разработки роботизированного экзоскелета. Например, Фаррис отмечает, что для фиксации компонентов на месте при ультразвуковой сварке были изготовлены приспособления. Он также использовал 3D-печать для создания нейлоновых прототипов путем селективного лазерного спекания, а затем перешел к литью под давлением.

С производство по требованию Благодаря этой возможности компания Parker Hannifin смогла сократить время разработки, быстрее выводить инновационные продукты на рынок и эффективно реагировать на отзывы клиентов. В целом, включая формованные детали, по оценкам Фарриса, подразделение Parker Hannifin Human Motion and Control изготовило тысячи компонентов с помощью Protolabs и будет продолжать использовать услуги цифрового производства в будущих поколениях Indego.