در دنیای ورزش، اختلافات زمانی به اندازه چند صدم ثانیه می‌تواند تفاوت بین پیروزی و شکست باشد. هر زمانی که بتوان سرعت واکنش یک ورزشکار یا سرعت بهبود جراحات را ارتقاء داد، می‌توان یک مزیت رقابتی منحصربه‌فرد ایجاد کرد.
وزن نیز به همان اندازه برای ورزشکارانی که در بهترین حالت خود عملکرد دارند مهم است. وزن به شدت بر سرعت، استقامت و قدرت یک ورزشکار و تجهیزاتی که از آن استفاده می‌کند تأثیر می‌گذارد. کاهش وزن می‌تواند به ورزشکار کمک کند تا بهتر عمل کند، سریع‌تر بهبود یابد و در سطح بالاتری رقابت کند.
پرینت سه بعدی در ورزش کلیدی است که صرفه‌جویی‌های زمانی و وزنی قبلاً غیرقابل دسترس را ممکن می‌سازد. این فناوری از طریق امکان طراحی و تولید محصولات سبک‌تر که به اندازه روش‌های تولید سنتی محکم هستند (اگر نه محکم‌تر) این کار را انجام می‌دهد.
علاوه بر این، پرینت سه بعدی در ورزش آزادی طراحی بیشتری را فراهم می‌کند. این فناوری می‌تواند هندسه‌های بسیار پیچیده‌ای تولید کند که ساخت آنها به روش‌های دیگر دشوار یا حتی غیرممکن است. ترکیب پرینت سه بعدی با فناوری اسکن لیزری همچنین امکان سفارشی‌سازی یک محصول بر اساس آناتومی و نیازهای منحصربه‌فرد کاربر را به سطح جدیدی می‌رساند.
افزایش مقرون‌به‌صرفه بودن و دسترسی پرینت سه بعدی در ورزش باعث شده تا این فناوری در هر سطحی، از ورزشکاران آماتور تا المپیکی‌ها، یک جهش عملکردی ایجاد کند. بسیاری از تولیدکنندگان برتر جهان در صنعت ورزش و همچنین تعداد رو به رشدی از استارتاپ‌ها و نوآوران بازار، در حال استفاده از توانایی‌های این فناوری هستند.
این فعالیت‌ها منجر به رشد سریع کاربردهای پرینت سه بعدی در ورزش شده است، از محصولات ساده‌ای مانند محافظ‌های دهان و ساق‌بند تا خلق‌های پیچیده‌تری مانند چوب گلف و تخته موج‌سواری. نوآوری‌های بیشتری قطعاً به دنبال آن خواهند آمد، زیرا آگاهی از پتانسیل پرینت سه بعدی همچنان در حال افزایش است.
پرینت سه بعدی به کسب مدال طلای پارالمپیک کمک می‌کند
قهرمان پارا کانو جهان، اما ویگز، دریافت که می‌تواند با داشتن یک پاروی قوی‌تر، سبک‌تر و سفارشی‌شده با نیازهای خود، قدرت بیشتری به دست آورد و کانو را سریع‌تر حرکت دهد.
طراحی اولیه پارو طی سال‌ها تغییر چندانی نکرده و با ارگونومی ورزشکاران پارا کانو سازگار نشده بود. در حالی که طول آن قابل تنظیم بود، تیغه، میله و دسته پارو برای همه ورزشکاران یکسان بود، فارغ از اندازه، وزن یا سبک گرفتن آنها.
با شناسایی پارو به عنوان یک عنصر عملکرد پایین، این قهرمان پارالمپیک با مهندسان مرکز ملی تولید افزودنی و مرکز ملی کامپوزیت‌ها همکاری کرد تا راه‌حلی بیابند.
پارو فیبر کربنی بازطراحی‌شده بر اساس یک مدل شبیه‌سازی کامپیوتری از ارگونومی و تکنیک‌های فردی اما طراحی شد، از جمله زاویه ورود تیغه به آب. گزینه‌های مختلفی برای دسته طراحی شد، سفارشی‌سازی شده برای دست‌های اما، سبک‌وزن و با استفاده از پرینت سه بعدی با پلیمر با کارایی بالا تولید شد.
پاروی نهایی دارای یک دسته سفارشی بود که 50 درصد سبک‌تر، میله‌ای که 254 درصد سخت‌تر و تیغه‌ای که 154 درصد سخت‌تر بود و زاویه بهبود یافته‌ای داشت تا حداکثر قدرت اما را در ورود تیغه به آب به ارمغان بیاورد.
با داشتن این پاروی بازطراحی‌شده، اما مدال طلای دوم خود را در پارالمپیک 2020 توکیو کسب کرد.
به گفته اما: «مسابقات با حاشیه‌های کوچک برنده می‌شوند و این نشان می‌دهد که تنظیمات صحیح تجهیزات می‌تواند تمام تفاوت‌ها را در روز مسابقه ایجاد کند. من مدال طلای خود را در بهترین زمان پارالمپیک و تحت فشار شدید کسب کردم، اما دانستن اینکه بهترین پاروی ممکن را در دست دارم تفاوت بزرگی ایجاد کرد و به طور قابل توجهی به من کمک کرد تا پیروزی را به دست آورم.»
پرینت سه بعدی چگونه در ورزش استفاده می‌شود؟
تجهیزات ورزشی سفارشی‌شده با پرینت سه بعدی
- تجهیزات حفاظتی – مانند کلاه‌ها، شیلد‌های چشم، پدها و محافظ‌ها، محافظ‌های دهان، دستکش‌ها و کفش‌ها
- پوشاک ورزشی – مانند کفش‌ها، کفی‌ها، چکمه‌ها و برخی از اقلام لباس
- تجهیزات ورزشی – مانند چوب‌ها، دسته‌ها، صندلی‌ها و دستگیره‌ها
- پروتزها
- تجهیزات آموزشی – مانند وسایل کمک به دقت، وزنه‌ها و دستگیره‌ها
یکی از مزایای برجسته پرینت سه بعدی در ورزش این است که چقدر به راحتی می‌تواند اقلامی سفارشی تولید کند تا بهترین تناسب، حفاظت، پشتیبانی و راحتی را فراهم کند. این کاربرد در حال حاضر رایج‌ترین کاربرد این فناوری است.
محصولات ورزشی چاپ سه‌بعدی شده می‌توانند به روش‌های مختلف سفارشی شوند، از تغییرات کوچک مانند تغییر رنگ یا به‌روزرسانی لوگوی اسپانسر تا تغییرات پیچیده‌تر مانند بازطراحی سریع و تولید یک قطعه تجهیزات حفاظتی برای تناسب بهتر.
تجهیزات نامناسب و ناراحت‌کننده به شدت بر عملکرد ورزشی تأثیر می‌گذارند. این تجهیزات می‌توانند درد، زخم‌ها و تاول‌ها ایجاد کنند و حتی خطر آسیب را افزایش دهند. این مسئله به ویژه در مورد پروتزها صادق است. با این حال، فرآیند سنتی ساخت اقلام سفارشی و یک‌بار مصرف کند و گران است.
ترکیب اسکن لیزری با وضوح بالا، نرم‌افزارهای مدل‌سازی کامپیوتری پیچیده و پرینت سه بعدی این فرآیند را به طرز چشمگیری ساده و سریع کرده است.
این فناوری‌ها امکان تولید سریع کالاهایی را فراهم می‌کنند که دقیقاً با آناتومی، نیازها و سبک کاربر هماهنگ هستند. دیگر نیازی به اندازه‌گیری دستی یا ساخت قالب‌ها نیست، که دقت و سرعت فرآیند را افزایش می‌دهد. این امر امکان طراحی، تحویل و بهبودهای تکراری سریع‌تر را فراهم می‌کند.
علاوه بر این، محصولات پرینت سه بعدی اغلب از ساختارهای شبکه‌ای یا مشی استفاده می‌کنند که روش‌های تولید دیگر با تکرار آنها مشکل دارند. این ساختارها انعطاف‌پذیری و جذب شوک بیشتری را ارائه می‌دهند، در عین حال سبک‌تر، بادوام‌تر و قابل‌تنفس‌تر هستند. این ویژگی‌ها همگی به ورزشکاران کمک می‌کنند تا راحت، خنک و رقابتی بمانند.
پرینت سه بعدی در پزشکی ورزشی
- ماسک‌های صورت، بالش‌های پزشکی، بریس‌ها، گچ‌ها، آتل‌ها و بوت‌ها
یکی از سریع‌ترین کاربردهای در حال رشد پرینت سه بعدی در حوزه پزشکی ورزشی است. وقتی یک آسیب رخ می‌دهد، تیم‌های ورزشی و ورزشکاران با فشار زیادی برای بازگشت سریع به میدان مواجه هستند. پرینت سه بعدی راه‌های جدید و نوآورانه‌ای برای تسریع بهبودی و بازسازی استخوان‌های شکسته ارائه می‌دهد.
نه‌تنها محصولات پرینت سه بعدی به‌گونه‌ای بهینه‌سازی می‌شوند که بهبودی را خارج از میدان تسریع کنند، بلکه به ورزشکاران امکان می‌دهند تا در حین بهبود جراحات خود به رقابت ادامه دهند. به‌عنوان مثال، ماسک‌های صورت پرینت‌شده به فوتبالیست‌ها اجازه می‌دهند در حالی‌که از شکستگی بینی، گونه یا دیگر جراحات صورت خود بهبود می‌یابند، به بازی بپردازند.
مشابه با تجهیزات حفاظتی و ورزشی که پیش‌تر توضیح داده شد، محصولات پزشکی پرینت‌شده می‌توانند به‌سرعت و به‌آسانی برای دستیابی به بهترین تناسب و حمایت شخصی‌سازی شوند.
پرینت سه بعدی در موتوراسپرت
- قطعات تزئینی: داشبوردها، فریم‌های صندلی، پنل‌های کنترلی، جعبه‌های الکتریکی، تهویه‌ها و مجاری خنک‌کننده، کاورها و لوازم جانبی کنسول
- قطعات مکانیکی: براکت‌های نصب، سیستم‌های تعلیق، قطعات ترمز، سیستم‌های اگزوز، قطعات موتور و برخی سازه‌های پشتیبانی
سرعت و وزن از عوامل مهم در بسیاری از ورزش‌ها هستند، اما به‌ویژه در موتوراسپرت اهمیت دارند. از فرمول یک و MotoGP تا مسابقات رالی جهانی و تور دو فرانس، رقبا دائماً به دنبال پیدا کردن یک مزیت برای افزایش سرعت هستند.
این ورزش‌ها مدت‌هاست که از پرینت سه بعدی برای ساخت نمونه‌های اولیه فوق‌العاده سریع استفاده کرده‌اند که در تونل باد آزمایش می‌شدند و طراحی‌ها در صورت لزوم اصلاح می‌شدند. پس از بهینه‌سازی، قطعه نهایی معمولاً با استفاده از روش‌های تولید مرسوم مانند قالب‌گیری تزریقی یا ماشین‌کاری CNC ساخته می‌شد.
به‌طور فزاینده‌ای، پرینت سه بعدی در ورزش‌ها برای تولید قطعات نهایی با حجم کم در انواع مواد و اشکال پیچیده استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، در خودروهای فرمول یک، هر کدام شامل ده‌ها قطعه سبک‌وزن پرینت‌شده هستند که در برخی موارد 90 درصد کمتر از قطعات تولید شده با روش‌های مرسوم هزینه دارند. این موضوع در ورزش‌هایی که تیم‌های رقیب دارای محدودیت‌های مالی سختگیرانه هستند، یک عامل مهم به شمار می‌رود.
پرینت سه بعدی در صورت تقاضا
توانایی تولید قطعات در صورت تقاضا یکی از قابلیت‌های کلیدی است که باعث پذیرش پرینت سه بعدی در ورزش‌ها شده است. این فرآیند تولید، کنترل بیشتری را بر فرآیند فراهم می‌کند و زمان بین طراحی و ساخت را کاهش می‌دهد.
همچنین، بسیاری از تیم‌های ورزشی معمولاً دور از مقرهای خود و امکانات مهندسی وابسته به آن رقابت می‌کنند. این موضوع باعث می‌شود داشتن یک منبع قطعات یدکی به‌راحتی قابل‌دسترسی چالش‌برانگیز باشد.
تیم‌ها نه ظرفیت و نه بودجه‌ای دارند تا برای هر موقعیتی یک قطعه یدکی داشته باشند و نه زمان برای ساخت یک قطعه با استفاده از روش‌های مرسوم. در نتیجه، ارسال یک قطعه به مکان مسابقه با پرواز درجه‌یک امری غیرمعمول نیست.
سرعت، انعطاف‌پذیری و کارآیی پرینت سه بعدی در ورزش‌ها امکان تولید سریع و کم‌هزینه قطعات را در زمان و مکان مورد نیاز فراهم می‌کند. فایل‌های CAD دیجیتال نیز به بهینه‌سازی موجودی و حذف نیاز به نگهداری امکانات ذخیره‌سازی بزرگ کمک می‌کنند.
ایمپلنت‌های پرینت سه بعدی می‌توانند جراحات پایان‌دهنده حرفه را از بین ببرند
زانوها، مچ‌ها و آرنج‌ها از رایج‌ترین قسمت‌های بدن هستند که در جراحات مرتبط با ورزش آسیب می‌بینند. آسیب‌های این استخوان‌ها، از ترک‌های کوچک تا جدا شدن تکه‌هایی از آنها، می‌توانند دردناک باشند و اغلب حرفه ورزشکاران را متوقف کنند. همچنین می‌تواند منجر به آرتروز ناتوان‌کننده شود.
اگرچه ورزشکاران بیشتر از سایرین تحت تأثیر این جراحات قرار می‌گیرند، اما این جراحات می‌توانند برای هر فردی اتفاق بیفتند.
دانشمندان دانشگاه رایس و دانشگاه مریلند یک سازه پرینت‌شده سه‌بعدی طراحی کرده‌اند که ویژگی‌های فیزیکی بافت استخوانی غضروفی (بافت استخوانی سخت زیر لایه‌ای فشرده از غضروف که به‌عنوان سطح صاف در انتهای استخوان‌های بلند دیده می‌شود) را تقلید می‌کند.
محققان پیش‌تر در تقلید از شیب غضروف به‌سمت استخوان و منافذ آن مشکل داشتند. آزمایشگاه مواد بیولوژیکی در دانشگاه رایس یک سازه با ترکیبات سفارشی از پلیمر برای غضروف و سرامیک برای استخوان پرینت کرده است. منافذ جاسازی شده به سلول‌ها و رگ‌های خونی بیمار اجازه می‌دهند که وارد ایمپلنت شوند و در نهایت آن را به بخشی از استخوان و غضروف طبیعی تبدیل کنند.
این اثبات مفهوم می‌تواند منجر به ایجاد طیفی از راه‌حل‌های جدید در پزشکی بازساختی شود. گام بعدی در این پروژه، تعیین چگونگی ایجاد یک ایمپلنت استخوانی غضروفی است که کاملاً با خودمختاری بیمار مطابقت داشته باشد؛ چالشی که پرینت سه بعدی به‌خوبی برای حل آن مناسب است.
محدودیت‌های پرینت سه بعدی در ورزش‌ها
پرینت سه بعدی در ورزش‌ها یک تغییر بازی است که فرصت‌های رشد تقریباً نامحدودی را از سطح آماتور تا ورزشکاران حرفه‌ای فراهم می‌کند. نوآوری‌های هیجان‌انگیز توسط بهبود در کیفیت و جزئیات اشیای پرینت‌شده (که به‌عنوان وضوح شناخته می‌شود)، آشنایی بیشتر صنعت با فناوری و تحقیق مداوم در مواد مقاوم‌تر مانند کامپوزیت‌های پیشرفته هدایت می‌شوند.
با این حال، فناوری محدودیت‌هایی نیز دارد. پرینت سه بعدی در ورزش‌ها به‌خوبی برای سطوح بالاتر مناسب است که در آن محصولات در مقادیر کم نیاز هستند و شرکت‌ها بودجه‌های تحقیق و توسعه قابل‌توجهی دارند. علیرغم پتانسیل آن، فناوری هنوز نمی‌تواند وعده تولید محصولات سفارشی‌شده برای عموم را با حجم یا قیمت مناسب ارائه دهد.
تولید در مقیاس بزرگ
در بسیاری از موارد، پرینت سه بعدی در ورزش‌ها می‌تواند یک آیتم یا تعداد کمی آیتم را سریع‌تر و کارآمدتر از روش‌های تولید مرسوم تولید کند. با این حال، فناوری هنوز در هنگام مواجهه با حجم‌های بزرگ با مشکل مواجه می‌شود.
هر ماشین تنها می‌تواند تعداد محدودی از اشیا را در هر زمان چاپ کند، بسته به اندازه ماشین و شیء. بنابراین، پرینت سه بعدی ممکن است سریع‌ترین یا مقرون‌به‌صرفه‌ترین تکنیک برای بسیاری از محصولاتی که از شخصی‌سازی انبوه بهره می‌برند نباشد.
استانداردهای قانونی
چاپ سه‌بعدی در ورزش تحت همان بازرسی‌های کیفی قرار می‌گیرد که هر فناوری یا روش تولید دیگری نیز باید از آنها عبور کند. این ارزیابی‌ها گام مهمی در خارج کردن نوآوری‌ها از آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه و وارد کردن آنها به کاربرد گسترده است. با توجه به اینکه صنعت ورزش هنوز در مراحل اولیه پذیرش چاپ سه‌بعدی است، بسیاری از این ارزیابی‌ها هنوز کامل نشده‌اند یا در برخی موارد حتی شروع نشده‌اند.
فرآیند تأیید برای قطعات حیاتی ایمنی یا تجهیزات حفاظتی به‌ویژه سختگیرانه است. جایگزین کردن روش‌های تولید آزموده‌شده و اثبات‌شده با یک فناوری جدید، سطحی از ریسک به همراه دارد که برخی از تولیدکنندگان یا سازمان‌های حاکم بر ورزش با آن راحت نیستند.
این وضعیت ممکن است با کسب تأییدیه‌های مرتبط برای کاربردهای چاپ سه‌بعدی و مواد مورد استفاده، و همچنین توسعه و معرفی استانداردهای قانونی مناسب تغییر کند.
کیفیت نامنظم
چاپگرهای سه‌بعدی هنوز قادر به تولید نتایج بی‌نقص در هر بار چاپ نیستند. نرخ شکست به دستگاه، مواد مورد استفاده و شیء چاپ‌شده بستگی دارد. همچنین برای از بین بردن ناهنجاری‌های سطحی یا بافت‌ها ممکن است مراحل پردازش دستی اضافی لازم باشد تا به سطح مطلوب دست یابند.
عواملی مانند نرخ شکست و پردازش پس از چاپ احتمالاً با پیشرفت فناوری و افزایش آشنایی افراد با چاپ سه‌بعدی در ورزش کاهش خواهد یافت. برای اشیایی که بر اساس مدل‌های اسکن‌شده ساخته می‌شوند، کیفیت چاپ نهایی همچنین به میزان پیشرفته بودن تجهیزات اسکن بستگی دارد. چاپ‌های باکیفیت‌تر ممکن است نیاز به سرمایه‌گذاری در اسکنر و چاپگر سه‌بعدی گران‌قیمت‌تری داشته باشند.
اندازه قطعات
چاپگرهای سه‌بعدی محدودیت‌های ذاتی در اندازه دارند که آنها را از تولید قطعات بزرگ ناتوان می‌سازد. در برخی موارد، می‌توان چندین قطعه کوچک‌تر را به یکدیگر متصل کرد، هرچند که این همیشه یک راه‌حل ایده‌آل نیست. تولیدکنندگان چاپگرهای سه‌بعدی در حال تلاش برای برطرف کردن محدودیت‌های اندازه در دستگاه‌های موجود هستند، مانند حذف موانع موجود در محفظه‌های چاپ معمولی.
چاپ سه‌بعدی عصری جدید در حفاظت از سر ایجاد می‌کند
کلاه‌های ایمنی یکی از تجهیزات حیاتی ایمنی هستند که از شکستگی جمجمه و آسیب‌های شدید مغزی جلوگیری می‌کنند. اینکه کلاه ایمنی چقدر به سر کاربر می‌چسبد و آیا روی سر حرکت می‌کند یا نه، بر میزان محافظت آن تأثیر می‌گذارد.
Riddell شرکتی است که در تجهیزات ورزشی برای فوتبال آمریکایی تخصص دارد و به‌خوبی برای تولید کلاه‌های ایمنی و فناوری‌های مانیتورینگ ضربه به سر شناخته شده است. برای ارتقاء محافظت از بازیکنان در میدان، Riddell با Carbon 3D همکاری کرده است تا نسل بعدی کلاه ایمنی را ایجاد کند.
مدل کلاه SpeedFlex Precision Diamond شرکت Riddell فرآیند اسکن سر و فیت‌کردن کلاه را با یک لایه داخلی سفارشی‌سازی‌شده که با چاپ سه‌بعدی و دقیقاً متناسب با سر بازیکن تولید شده، ترکیب می‌کند.
هر کلاه حاوی بیش از 140,000 ستون کوچک است که به دقت در پدهای طراحی‌شده به صورت شبکه‌ای چیده شده‌اند و برای حداکثر جذب ضربه و راحتی و فیت عالی طراحی شده‌اند. این ساختارهای شبکه‌ای در یک رزین سفارشی که به طور خاص توسط Carbon برای برآورده کردن الزامات سختگیرانه عملکردی Riddell طراحی شده است، چاپ می‌شوند.
پدهای داخلی بین پوسته خارجی کلاه و سر بازیکن قرار می‌گیرند و طراحی آنها با تحلیل بیش از پنج میلیون ضربه میدانی که توسط فناوری کلاه ایمنی هوشمند Riddell ثبت شده، انجام شده است. این پایگاه داده اجازه می‌دهد تا هر ساختار شبکه‌ای بر اساس اندازه، موقعیت و سبک بازی بازیکن شخصی‌سازی و انفرادی‌سازی شود.
طبق گفته یکی از سخنگویان ارشد Riddell، هیچ دو بازیکنی به یک شکل بازی نمی‌کنند، همه آنها سبک‌ها و گرایش‌های متفاوتی در میدان دارند. با استفاده از SpeedFlex Precision Diamond، بازیکنان نه تنها جدیدترین فناوری محافظت از سر را تجربه می‌کنند، بلکه می‌توانند تعیین کنند که کلاه کجا قرار بگیرد تا دید بهتری داشته باشند و دید میدان را به حداکثر برسانند.
نتیجه‌گیری
در نتیجه، چاپ سه‌بعدی به عنوان یک فناوری نوین در حال تغییر شکل صنعت ورزش است و به تولید تجهیزات سفارشی و دقیق‌تر کمک می‌کند. با وجود اینکه این فناوری هنوز در مراحل اولیه پذیرش قرار دارد و چالش‌هایی مانند کیفیت نامنظم، محدودیت‌های اندازه و نیاز به استانداردهای قانونی وجود دارد، پتانسیل زیادی برای بهبود عملکرد و ایمنی ورزشکاران دارد. پیشرفت در موادی که در چاپ سه‌بعدی استفاده می‌شوند و تطبیق استانداردهای ایمنی می‌تواند اعتماد بیشتر تولیدکنندگان و نهادهای ورزشی را جلب کند. نمونه‌ای مانند همکاری Riddell و Carbon 3D در تولید کلاه‌های ایمنی پیشرفته نشان می‌دهد که چاپ سه‌بعدی چگونه می‌تواند با سفارشی‌سازی تجهیزات به افزایش ایمنی و بهبود عملکرد ورزشکاران کمک کند. با گسترش این فناوری و پذیرش گسترده‌تر آن در ورزش، احتمالاً شاهد پیشرفت‌های بیشتری در کیفیت، سرعت تولید و کارایی خواهیم بود.
