OECHSLERとSTRAUSSが3Dプリント膝パッドを共同開発、独自のグリッドデザインで外部からの衝撃を大幅に軽減

ヨーロッパの STRAUSS は、個人用保護具 (PPE) の開発に注力している作業服ブランドです。製品には、ゴーグル、耳栓、ヘルメット、耐薬品性手袋、膝パッドなどがあり、各製品は職場での顧客の安全を確保するように設計されています。同社は最近、労働者を職業上の危険や怪我から守るために、ドイツの付加製造専門企業であるOECHSLER社と提携し、3Dプリント膝サポーターの利点を研究した。

この共同プロジェクトは成功を収め、STRAUSS は現在、耐久性、快適性、減衰特性が向上した 3D プリント PPE を Master Grid 6D シリーズで販売しています。この号では、STRAUSS 膝ブレースの使用事例を詳しく取り上げ、OECHSLER のメッシュ 3D プリントに関する深い理解と、より高性能な設計を実現し、無数の消費者向け製品に新たなメリットを生み出す積層造形の能力を実証しています。

膝パッドの必要性<br /> 膝は人体で最も大きな関節であり、私たちのハードワークを支えてくれます。足は私たちの体重を支え、バランスと安定性を提供し、歩く、走る、ジャンプする、座る、ひざまずくなど、あらゆる動作を可能にします。しかし、特に脚や膝に余分な負担がかかる職業に就いている人にとっては、膝も負担や怪我を受けやすい部位です。
このため、膝パッドは、タイル張り職人、造園職人、屋根職人、配管工、その他肉体的に過酷な仕事や危険な仕事に従事する労働者にとって、個人用保護具の不可欠な部分となっています。ニーパッドには実証済みのメリットが数多くあります。ニーパッドは膝への衝撃を軽減するだけでなく、衝撃を吸収し、鋭利な物体から膝を保護します。ひざまずいたりしゃがんだりする時間を過ごす人は、変形性関節症などの長期的な症状のリスクを減らし、骨折やその他の膝の怪我を防ぐことができます。
伝統的に、膝サポーターはフォーム、またはプラスチック、フォーム、布地の組み合わせで作られています。ズボンに巻き付けるタイプもあれば、作業ズボンの膝ポケットに収納できるタイプもあります。従来の膝サポーターは効果的で、保護しないよりは確かに優れていますが、その利点には限界があります。まず、非常に摩耗しやすいです。繰り返し使用するとフォームが圧縮され、衝撃保護力が低下します。一方、従来のフォーム製膝サポーターは、作業中に膝にかかるさまざまな圧力に適応することができません。
作業服デザインの将来に常に注目してきた STRAUSS は、3D プリントとメッシュデザインフレームワークを使用して膝サポーターを改良するユニークな機会を見出しました。
△ OECHSLERとSTRAUSSが開発した3Dプリントメッシュ膝ブレースは、適切な圧力分散を提供します
最適化された保護構造と人間工学に基づいた快適性
OECHSLER は、人間工学に基づいた 3D プリント膝サポーターを実現するための理想的なパートナーです。ポリマー製造方法を専門とする同社は、幅広い顧客と連携して、格子設計と産業用 3D プリントの利点を活用したバックパック、履物、自転車のサドル、車のシート、保護具などの消費者向け製品の開発と製造を行っています。
STRAUSS との緊密な協力により、OECHSLER チームはパフォーマンスと着用時の快適性を考慮して膝パッドのデザインを最適化しました。このデザインを実現するには、いくつかの重要なステップが必要でした。まず、着用者のニーズに基づいて最適なメッシュ構造を見つける必要がありました。次に、作業服の業界基準を満たす適切な素材を見つける必要がありました。最終的に、彼らは PPE プロジェクトを生産に移行しました。
OECHSLER のエンジニアは、機器を保護するための最適なグリッドパターンとセル配置を決定するために、いくつかの異なるグリッド設計を評価しました。主なタスクは、減衰特性とエネルギー回収の間の優れたバランスを提供することです。最終的に、一貫した負荷吸収能力と圧力耐性を理由に、カスタム六角形グリッドパターンが選択されました。このユニークなグリッドはマスターグリッド6Dデザインと呼ばれ、STRAUSSがリリースした膝サポーターやその他の3Dプリント作業服製品に使用されています。
OECHSLER と STRAUSS は、膝サポーターを設計する際に、作業員の膝が仕事中にかかる可能性のあるさまざまな種類のストレスと負担も考慮しました。ボディマッピング技術を使用することで、パートナーはひざまずいたときにエネルギー吸収を 70%、回復を 30% 向上させる圧力分布を実現することができました。最も重要なのは、釘や木材などの鋭利な物体が着用者の膝を突き刺すのを防ぐために、連続した外側のメッシュが組み込まれていることです。
サイズに関しては、3D プリントされた膝サポーターは、STRAUSS の従来の膝サポーターと一致するように設計されています。これは、パッドが承認された STRAUSS 作業服ズボンと一緒に着用でき、膝のポケットに簡単に収納できるようにするためです。そこでチームは、既存の膝サポーターの設計の制約内でメッシュを生成しました。 DfAM アプローチを使用することで、膝サポーターは印刷性と前処理および後処理が最適化され、生産のスケーラビリティが向上しました。

適切な材料<br /> 材料の選択も重要な要素であり、OECHSLER は、労働集約型職業のニーズを満たす材料を見つけるために、付加製造施設で広範な材料テストを実施しています。最終的に、耐摩耗性、洗浄性、曲げ荷重試験の結果が良好であったため、Carbon EPU 41 が選択されました。たとえば、50,000 サイクルの曲げ荷重後でも、3D プリントされた EPU 41 膝ブレースには亀裂の成長の兆候は見られませんでした。
Carbon EPU 41 は、優れた耐引裂性とエネルギーリターンも備えたポリウレタンエラストマー樹脂です。生体適合性、通気性、耐水性、耐熱性（-10 ～ 70 ℃）などの他の材料特性も、この材料が作業服用途に最適な選択肢となる理由です。最後に、マスターグリッド 6D メッシュとカーボン EPU 41 を組み合わせることで、従来のフォーム製膝サポーターよりも耐久性が高く、体積損失が少ない膝サポーターが実現します。
STRAUSS は、プリントされた膝サポーターを市場に出す前に、数人の職人を招き、作業条件下でのテストも行いました。フィードバックは非常に有望なものでした。新しく設計された膝パッドは、優れた吸収性だけでなく、快適性と耐摩耗性（STRAUSS 作業服ズボンに簡単に入れられるため）も高く評価されました。膝パッドは、作業服に関する DIN EN 14404 および ISO 14404 および ISO 20347 規格に準拠して認定されています。
STRAUSS のデザインチームは次のように語っています。「テクノロジーパートナーの OECHSLER と協力することで、作業服のデザインにまったく新しいパラダイムを導入することができます。最高の安全要件とパーソナライゼーションを要求する製品の世界です。3D プリントテクノロジーにより、持続可能で長持ちする方法で、最高レベルの快適性、安定性、保護を実現できます。貴重な顧客からのフィードバックを迅速に開発プロセスに反映し、高級作業服製品に対する顧客の要求に応えることができます。」

製品開発から生産まで<br /> ES 膝ブレース MasterGrid 6D の設計が完了し、STRAUSS と OECHSLER は生産に移行する準備が整いました。 OECHSLER の強力な積層造形能力により、製品設計から生産への移行がシームレスになります。このドイツ企業の能力をまだよく知らない人のために説明すると、OECHSLER は、年間 200 万個以上の部品を生産できる 150 台の 3D プリンターを備えた、技術的に独立した大量生産施設を運営しています。同社はいくつかの有名ブランドと協力し、コスト効率の高い方法で製品をコンセプトモデルから生産へと進化させています。
STRAUSS の膝サポーターは、3D プリントや前処理、後処理を含む Carbon の積層製造ソリューションを使用して、ドイツの OECHSLER の積層製造センターで製造されています。両社ともドイツに拠点を置いており、膝サポーターの生産も現地で行われ、輸送コストと排出量が最小限に抑えられます。
STRAUSS が現在販売している 3D プリント製品は膝用ブレースだけではありません。両社は、カスタムの Master Grid6D メッシュデザインをミッドソールに組み込んだ作業靴も開発しました。メッシュは膝サポーターのように機能し、安定性を提供し、足への圧力を軽減します。
OECHSLER 社は、この提携について次のように総括しています。「STRAUSS 社は、OECHSLER 社の付加製造アプリケーションの開発と製造に関する専門知識を活用した高品質の作業服ソリューションの発売に成功しました。作業環境に合わせて特別に設計され、3D プリントの利点を生かして、人間工学と着用者の快適性を第一に考え、これまでにない製品品質と素材の強度により、製品のライフサイクルが長くなっています。」

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