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(拯救夏洛特：3D 列印如何幫助患有「氣泡屁屁症候群」的海龜
泡泡屁股，也稱為「正浮力綜合症」，是海龜中日益普遍的疾病，例如，夏洛特這隻居住在康涅狄格州神秘水族館的綠海龜便深受其害。這種症候群通常由創傷引起，尤其是與船隻碰撞，造成海龜甲殼異常，擠壓其內臟，導致牠們無法正常游泳。
夏洛特最初於2008年在喬治亞州的傑基爾島被發現，當時他無法游泳，也無法攝取足夠的食物來維持生命，因此被送往接受照顧。喬治亞海龜中心的團隊對他進行了照顧，隨後請求康涅狄格州神秘水族館提供支援。
當時，Jenn Flower 博士是神秘水族館的首席臨床獸醫，他意識到夏洛特（此時已確定為雄性，但仍保留原名）急需幫助。米斯蒂克的水族師和獸醫團隊嘗試了各種方法，從將重物直接附加在夏洛特的龜殼上，為牠配備由織物製成的多帶加重腰帶。然而，這些早期的嘗試都未能成功。膠水會引發刺激反應，或者牠會把重物刮掉在水箱側邊。Flower博士和其他獸醫團隊成員意識到，他們需要突破常規來尋找解決方案，而 3D 列印技術成為首選。
▲神秘水族館嘗試了幾種方法來減輕夏洛特的泡泡屁股症狀，包括將重物直接粘附在他的龜殼上。然而，膠水引發了些許刺激反應，於是團隊不得不繼續嘗試其他方案。
從明尼蘇達州到神秘水族館的靈感
▲這種織物背帶看起來有效，且具有可調節性，能提供運動空間並適應成長。然而，背帶不夠緊密，夏洛特最終還是能夠將其刮掉並脫離。
一個特別的靈感促使神秘水族館的團隊考慮使用3D列印。來自明尼蘇達州的一位高中生Gabriela Queiroz Miranda，為患有泡泡屁股症候群的海龜設計了一條加重腰帶。Queiroz Miranda 利用3D掃描器和3D列印機反覆設計並測試她的解決方案，並將其應用於她教室裡的海龜 Voldetort。她的項目在《Science News Explores》上發表，這篇文章啟發了Flower博士，促使她聯繫了位於康涅狄格州的 3D 列印解決方案提供商Adia。當 Flower 博士與 Adia 聯繫時，增材製造部門主管 Nick Gondek 立刻意識到，他們可以運用他們的3D列印專業知識來解決這個問題。
3D工作流程在需要定制的應用中表現尤為出色。當複雜的幾何形狀、低產量和有機形狀使得使用傳統方法難以製造零件時，3D列印提供了最具成本效益且簡單的選擇。
Gondek說 :「我們試圖解決的問題本質上是將重物固定在夏洛特的背部，聽起來很簡單，但實際上卻是個非常具有挑戰性的過程。唯一能讓物品牢固附著在夏洛特身上的方法，就是製作一個定制的設備，」
▲Chris Wilczewski 和 Functional 3D 團隊是3D掃描領域的專家，他們成功製作了夏洛特龜殼的高解析度3D影像，這使得由 New Balance 的 Chris Wawrousek 領導的軟體設計團隊能夠設計出一個定制背帶的計算模型。
為了建立3D工作流程，Adia邀請了 3D 掃描專家Chris Wilczewski和 3D 團隊協助進行夏洛特的高解析度 3D 掃描。這些掃描將成為整個設計項目的基石，幫助設計師和工程師為夏洛特設計一個既合身又舒適的定制背帶，並可根據需要隨時拆卸和調整。
功能3D團隊還需在精確度和全面性與Flower博士及神秘水族館水族師團隊為保障夏洛特安全所設的獸醫措施之間找到平衡。Gondek說 :「他們的貢獻是這個項目中的關鍵，推動了背帶設計的數位工作流程。」
幫助夏洛特找到新的平衡
▲New Balance是運動鞋設計領域的領航者，高級創意主管 Chris Wawrousek 見到了一個將自己的設計技能應用於公益事業的機會——開發並建模一個生成系統，不僅能幫助夏洛特，還能幫助像牠一樣的海龜。
當需要開發基於掃描資料的設計時，Adia 知道有一家擁有所需專業技術的公司。New Balance Athletics 設計並製造業界最先進的運動裝備，利用尖端的設計技術不斷突破運動性能的極限。
資深創意主管 Chris Wawrousek 是計算設計的專家。計算設計是一種方法，通過使用預設的演算法和參數來處理信息，生成能夠解決該信息所帶來問題的設計，並通過運行模擬來對設計進行反饋，進而優化設計。
Wawrousek 說 : 「在解決夏洛特的游泳問題時，數位技術起到了至關重要的作用。計算設計發揮了顯著效果，顯然您不會希望手動逐一設計，因為這會是一個非常耗時的過程。因此，能夠創建一個自動生成定制背帶的工作流程，真的是非常強大。」
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| ▲這款寬大的腰帶狀線束是利用3D掃描數據和Wawrousek的計算設計程式創建的早期版本。 | ▲另一個版本是幾個小夾子，這些夾子緊緊夾住夏洛特外殼的邊緣。 |
團隊根據Wawrousek的設計開發了多個版本，從寬大的腰帶狀裝置，到小夾子，再到帶有卡扣功能的厚型線束。Gondek說：「這些版本的變化主要是基於海龜的舒適度。因此，我們必須精確地找到可以提供足夠支撐來固定線束的位置，並能調整重量的位置。」
經過數月的設計，最終他們確定了一款靈活、輕便且可調的線束，這款線束可以環繞夏洛特的外殼邊緣，並根據需要進行拆卸和調整。雖然他們已經找到了可行的設計，但任務遠未結束——接下來他們需要製造這個線束，並確保它的強度、精確度和重複性。
海龜測試時間
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| ▲使用牛津大學的Performance Materials定制材料（米色部件）和Formlabs的Fuse Series Nylon 12粉末（深灰色重量承載部件）製作的線束效果良好，最終版本與這個非常相似。 | 夏洛特終於能夠恢復正常游泳！這款主要使用OPM材料製作的線束證明了設計出一款既貼合、耐用又輕便的線束是可行的，並且夏洛特能夠適應與外殼接觸的感覺。 |
Adia與不同的 3D 列印製造商和列印材料合作多年，致力尋找理想的解決方案。3D 列印材料製造商日本複合型金屬 3D 列印技術（OPM）協助開發了一種可在選擇性雷射燒結（SLS）3D列印機上使用的定制材料。這些SLS列印件不僅具有高品質和強度，還能保持輕巧的重量，並能讓夏洛特在游泳時獲得一定的靈活性。
最終版本使用OPM白色燒結粉末3D列印的線束效果良好，夏洛特得以正常游泳，並開始鍛鍊後鰭，這是恢復健康的每一個重要步驟。然而，OPM的工作流程是專門定制的，包括材料和列印過程。Adia需要一個與Wawrousek的計算設計系統相匹配的解決方案，能夠提供規模化和可及性。Gondek說 : 「我們為這個項目考慮了許多不同的 3D 列印過程，最終選擇了SLS，有幾個原因。首先是構建體積和部件大小，其次是可以在不需要支撐的情況下製作部件，最後是我們能找到具有所需剛性且適合該項目的材料。 」
Adia與Formlabs的合作提供了完美的選擇——Formlabs的Fuse 系列 SLS生態系統提供了所需的工業強度，同時也具備可操作的工作流程和多樣的材料選擇。Formlabs的Nylon 11 CF Powder提供了他們所需的剛性，但不需要其他SLS 3D列印系統那麼龐大的列印機和複雜的工作流程。Gondek補充道: 「許多水族館再次與我們聯繫，尋求幫助。因此，在這個項目中，我們特別希望設計一款適合Fuse構建體積的線束，這樣就能讓其他水族館和設施也能輕鬆使用SLS技術。我們相信Fuse擁有最廣泛的安裝基數，並且最容易接觸。」
自由自在的游泳
▲夏洛特成功地佩戴了最終版本的背帶，該背帶由 Formlabs 的 Fuse Series 生態系統中的Nylon 11 CF粉末列印，並由 New Balance、Adia 及 Mystic 共同組裝。隨著他逐漸適應，團隊將會在背帶上加裝更多配重，進一步抵消他的正浮力。
當最終版本的背帶列印完成、組裝並安裝到夏洛特身上時，團隊屏住了呼吸。隨著年齡增長，夏洛特對人們將他從水槽中帶出並安裝奇怪的背帶的耐心越來越少。不過，當他再次被放入水中時，游得很開心，看起來十分舒適。
他的照顧者兼Mystic水族館管理員Claire Bolster表示 : 「這看起來是一次非常積極的互動。自從上次為他安裝背帶以來已經有一段時間了。所以，這個新版本的背帶目前似乎對他來說是一個非常好的改善。隨著我們讓他更加習慣並長時間佩戴，我們可以再添加更多配重，看看他如何適應。但目前來說，他對這背帶的反應非常積極，這是非常令人欣慰的。」