“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,
首席機械設計工程師 Unlimited Tomorrow
一位少年引發(fā)的醫(yī)學革命
當年，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。百無聊賴的他對機器人技術如癡如迷，很快就超出了學校所傳的知識范圍。“我開始窩在臥室，通過網絡自學所需的機器人技術，”拉查佩爾說。
拉查佩爾決定制作一只遙控機械手，以此證明自己對機器人技術的熱愛。他使用所有能找到的東西，如釣魚線、樂高積木、絕緣膠帶、擋風玻璃刮水器的電機等，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?！?/FONT>
最終，拉查佩爾做出了一只原始的機械手，但直到 16 歲生日時，他才開始改進設計，而這為他希望渺茫的未來確定了努力方向。當時，他買了一臺廉價的激光切割木料 3D 打印機，開始晝夜鉆研。他改進了機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械手臂參加了多個科學展會，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，拉查佩爾就進入美國國家航空航天局 (NASA) 實習。時任總統(tǒng)奧巴馬在白宮和他的機械手臂握手。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，媒體的贊揚是令人陶醉的，但是當年一個不經意間的小事對拉查佩爾產生了巨大影響。他回憶道，“當時是在科羅拉多州的科學展會上，我注意到一個小女孩在試驗我這個機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?！?/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常灰心，但又深受啟發(fā)?！拔耶敃r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、娛樂和設計 (TEDx) 演講。在談到經濟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。’”2014 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，雖然他的機械手臂很先進，但是必須繼續(xù)改進創(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)計結果是，半數擁有手臂假肢的人都不穿戴假肢，” Unlimited Tomorrow 的業(yè)務開發(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六個月，當兒童拿到新手臂時，可能已經戴不上了。
減輕重量和加快開發(fā)速度是 Unlimited Tomorrow 必須克服的兩大技術障礙。第三個障礙當然是降低假肢的高昂費用。但是，拉查佩爾和他的工程團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，盡量與兒童的對側手臂相匹配?！?/FONT>
顛覆兒童假肢行業(yè)
轉眼到了 2019 年，Unlimited Tomorrow 推出了業(yè)內首款重量輕盈、經濟實用、外形逼真的多關節(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行個性化定制，甚至可以精確到粗細、膚色和指甲。其價格為 8000 美元，遠遠低于傳統(tǒng)假肢。而最令人驚訝的是，兒童在幾周內就能拿到 TrueLimb，甚至無需走出舒適的家門。
拉查佩爾及其團隊是如何迅速顛覆假肢行業(yè)的?答案是引入了多項先進技術：遠程 3D 掃描、電子傳感和增材制造技術。
Unlimited Tomorrow 直達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行 3D 掃描，并提供對側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，其中最重要的是專有的肌肉傳感技術，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以來，我一直在用 3D 打印技術超越極限。多年來，我們嘗試了各種機器，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器?！?/FONT>
引進惠普多射流熔融 580 彩色 3D 打印機。拉查佩爾表示，“我們是美國第一家收到 580 的公司，我們在這些機器上走過的路可能比世界上任何人的都要多。這款機器能幫助我們實現(xiàn)材料強度和色彩精度的完美結合?！?/FONT>
解決最重要的接受腔問題
盡管有各種先進技術加持，Unlimited Tomorrow 當時仍面臨一大技術挑戰(zhàn)，影響著它擴大 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 的工程師們很難設計出用戶所需的量身定制般的接受腔。首席機械設計工程師馬特·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行 3D 掃描，再上傳到 CAD 工具中，將其和通用的接受腔模型進行結合。然后，我們再用另一個軟件將這個通用模型轉變?yōu)閽呙杞Y果。這個過程很慢，而且很難修改結果。我們經常需要返工重做，而且無法保證下一次準能成功。”
鑒于 Unlimited Tomorrow 現(xiàn)有和未來的客戶量，減少測試用接受腔的數量對于擴大業(yè)務規(guī)模至關重要。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 產品工程團隊進行面談，在第一次見面時，我就對他們說，‘聽我說，我認為 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。’”
NX 是 Siemens Digital Industries Software 旗下綜合性、集成式軟件和服務 Xcelerator? 產品組合的一部分。
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 工程團隊合作，利用“NX? 產品模板工作室”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)則的參數化設計相結合，使蘭多爾法團隊能夠更好地控制接受腔的幾何形狀。
據蘭多爾法說，新的接受腔設計工作流程取得成功的一個關鍵因素，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)務尤為重要。隨著他們擴大規(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。目前，我們正在拓展該軟件的應用范圍，進一步實現(xiàn)流程優(yōu)化和自動化。”
NX 增材制造的額外優(yōu)勢
NX 在個性化掃描到打印應用方面的能力，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 打印機緊密相連，并針對工業(yè)化增材制造進行調優(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計轉移到 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，“我們正在迅速擴大規(guī)模。在實現(xiàn)目標之前，我們需要優(yōu)化 HP580 的生產能力，而這正是自動嵌套發(fā)揮作用的地方?！?/FONT>
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。他說，“七年前，當我獨自在臥室里制造第一個機器手臂的時候，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：‘我們如何建立一家能夠改變全球 4000 萬截肢患者生活的企業(yè)?’”
“這是我們的遠大目標。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 打印技術和增材制造軟件的幫助?！?/FONT>
（NX）
