Development of manufacturing method of orthosis using carbon fiber reinforced thermoplastic

碳纤维增强热塑性塑料矫形器制造方法的开发

基本信息

批准号：
21K11294
负责人：
早川康之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の最終目標は、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックCFRTPを用いた装具支柱の成形方法を確立し、障害者の身体形状に合わせ、軽量で機能的なCFRTP製装具を提供することにある。本研究では、装具に適したCFRTP製支柱と装具製作のための二次加工用成形機器を開発し、小規模な装具製作所を想定した実験環境下で、実用性の評価を行うことを目的としている。2022年度は、以下について目標を立て、研究を実施した。１．2021年度開発の成形機器による、CFRTP支柱の二次成形方法の検討。２．二次成形した下肢装具支柱による「JIS T 9214 金属製下肢装具用足継手」の強度試験の実施。３．下肢装具が成形できるサイズの成形機器の大型化と、成形方法の検証。2021年度に実施した研究成果を基に、具体的な装具支柱の成形方法について検討した。CFRTP装具支柱の開発では、CFRTPの積層厚を2㎜から、装具支柱として使用可能な5㎜、6㎜に変更し、二次成形時の強度を確認し、2㎜厚とそん色のない結果が得られた。成形時には厚みが増したため、従来の方法では加圧時に支柱形状を維持することが困難となることが判ったため、シリコーン枠型の形状改良を行い、問題点についてアプローチした。また、実際の装具足継手に取り付け、「JIS T 9214 金属製下肢装具用足継手」の静的試験を実施し、十分な強度が得られることを確認した。一方、足継手への取り付け方法についての問題点が明らかとなったため、その解決方法についても検証した。成形機器の開発では、下肢装具が成形できるサイズに機器を大型化し、成形を実施した。機器の開発では、機器や下肢モデルの破損など、解決する問題点について確認することができた。

本研究的最终目标是建立一种使用碳纤维增强热塑性CFRTP成型矫形支架的方法，并提供与残疾人体形相匹配的轻质且功能性的CFRTP矫形器。在这项研究中，我们开发了适用于矫形器的CFRTP支柱和用于矫形器生产二次加工的成型设备，并在模拟小型矫形器制造设施的实验环境中评估了它们的实用性。 2022年，我们设定了以下目标并进行了研究。 1.使用2021年开发的成型设备检验CFRTP支柱的二次成型方法。 2.使用二次成型的下肢矫形器支柱进行“JIS T 9214 下肢矫形器用金属腿部接头”的强度试验。 3.增大可成型下肢矫形器的成型设备的尺寸并验证成型方法。根据 2021 年的研究结果，我们考虑了一种形成支撑支柱的具体方法。在开发CFRTP支撑支柱时，我们将CFRTP的层压厚度从2毫米更改为可用作支撑支柱的5毫米和6毫米，并确认了二次成型时的强度。由于成型过程中厚度增加，发现采用传统方法在加压过程中很难保持柱形，因此我们通过改进硅胶框架的形状来解决这个问题。另外，将“JIS T 9214金属足矫形器足关节”安装到实际的足矫形器关节上进行静态试验，确认可以获得足够的强度。另一方面，由于将其固定在脚关节上的方法存在问题，所以我们也研究了如何解决它。在开发成型设备时，将设备扩大到可以成型下肢矫形器的尺寸，并进行成型。在设备的开发过程中，我们能够确定需要解决的问题，例如设备和下肢模型的损坏。