Printing Prosthetics : Designing an additive manufactured arm for developing countries

Abstract: De traditionella armproteser som tillverkas i utvecklingsländer står inför stora problem i att leverera patienter med lämpliga hjälpmedel. Processen är inte bara tidskrävande eftersom varje enhet måste anpassas för varje enskild användare men vissa komponenter kan inte produceras lokalt vilket driver upp priset ytterligare. Syftet med detta examensarbete var att utveckla en armprotes för utvecklingsländerna med hjälp av additiv tillverkning (3D Printing) för klienten 3D Life Prints som baseras i Nairobi, Kenya. En protes är ett hjälpmedel som används för att underlätta en amputerad människa i dagliga aktiviteter och med hjälp av additiv tillverkning kan även en lokal tillverkningsprocess utvecklas och förbättras vilket skulle kunna minska tiden för tillverkning och distribution av proteser. Den initiala protesen, som låg till grund för designarbetet, var en underarmsprotes som fortfarande var i utvecklingsstadiet hos klienten. Protesen tillverkades med hjälp av tillverkningsmetoden Fused Deposit Modelling (FDM), som har den fördelen att den använder sig av relativt billiga 3D skrivare. För att sammanfatta syftet med projektet utvecklades följande frågeställningar 1. Hur tillverkas, distribueras och används konventionella proteser i jämförelse med additivt tillverkade proteser i Nairobi, Kenya? 2. Vem är den primära användaren av proteser i utvecklingsländer, vilka problem upplevs hos dagens lösningar och vilka faktorer anses vara den viktigaste hos användaren? Och varför?  3. Hur ska additivt tillverkade proteser utformas för optimal användning i utvecklingsländer?  Förutom att besvara frågeställningarna var målet att utvecklingen av systemet skulle leda till förbättrad funktionalitet för användaren och underlätta tillverkningen för organisationen.  För att få en allmän översikt över det vetenskapliga området av additivt tillverkade proteser studerades kontexten för utvecklingsländer, användarcentrerad design (eftersom syftet var att förbättra en produkt för en specifik användare), armproteser och additiv tillverkning. Resultatet, från de olika stadier av designprocessen, var den slutgiltiga designen av "3D Life Arm". Det slutliga systemet bestod av fyra huvudkomponenter, Kroppsselen, Inlägget, Proteshanden och Hylsan. Komponenterna använde sig utav additiv tillverkning i både styvt material (Kroppsselen, Hylsan och Inlägget) och flexibelt material (Proteshanden). Lokalt tillgängliga komponenter användes där additiv tillverkning inte var möjligt till exempel fisketråd och skruvar. En slutsats drogs att de två faktorer som ansågs viktigast för användaren var att produkten skulle vara estetiskt tilltalande och billig. Även sociala stigman spelar en stor roll och enligt användare och experter i Nairobi, måste protesen efterlikna den saknade armen så mycket som möjligt för att kunna smälta in. Författarna konstaterade att kostnaden var den viktigaste faktorn när man utformar proteser för utvecklingsländerna, eftersom användaren i dagsläget inte har råd med de proteser som tillverkas i Nairobi. Sammanfattningsvis utfördes en kostnads- och tidsanalys för att kontrollera tillverkningskostnaderna för hela systemet. Med tre skrivare kunde alla delar tillverkas för 282 kronor och skulle ta cirka 15 timmar och 15 minuter att skriva ut som är betydligt lägre än de funktionella proteser som tillverkades i Nairobi. Ytterligare utvärderingar krävs för att fastställa att protesen kommer att klara av påfrestningarna från dagliga aktiviteter hos användaren och en fungerande strategi för passning måste utvärderas ytterligare. Författarna tror dock att med hjälp av en fullt utbildad protestillverkare finns det en framtid för additiv tillverkning av armproteser.