3D打印为2016奥运会助威

　　2016年奥运会还有1天即将开幕，在这让人热血沸腾的日子3D打印装备伴随着运动员齐齐亮相，成为大家茶余饭后谈论的焦点。

　　3D打印“尾灯”

　　在此次奥运会宝马（BMW）公司为美国队游泳运动员身上安装了水下LED照明灯它称之为尾灯（taillight）,就像他们的汽车上的各种指示灯那样，这些发光标记照亮了运动员在水下的运动路线，使得教练能够更加有效地评估他们的所有行动。

　　

　　宝马为美国游泳队开发的这套运动跟踪系统的核心是两个用来检测和自适应跟踪游泳者运动的算法。其中之一是计算机视觉，原本是用在宝马的自动驾驶汽车上以识别人类、停车距离、车道偏离和进行主动巡航控制的。计算机视觉和软件算法的结合也是宝马自动驾驶系统的一个核心方面。

　　

　　这些LED灯被安装到了游泳员的手腕、肩膀、臀部、膝盖、脚踝和脚趾处。顺便说一句，这些LED灯的底座都是3D打印的。然后一部水下照相机被连接到运动跟踪系统上，而宝马的软件可以使教练分析游泳运动员的海豚式打腿动作。

　　

　　他们的技术可以使教练一个动作一个动作地仔细检查，并使用量化的反馈精确定位肢体和关节的角度。很明显，这套带LED的工具使得教练们能够更加深入地分析游泳运动员。

　　

　　在2012年，宝马最早的运动跟踪系统就已经帮助美国游泳队在伦敦奥运会上获取16枚金牌，当时美国队总共获得了46枚金牌。现在有了LED灯的改进，开发团队对于这项技术在里约热内卢所能发挥的作用基于了更高的期望。

　　3D打印碳纤维竞赛轮椅

　　早在2014年冬奥会的时候，德国汽车制造商宝马（BMW）公司为美国队打造了一款更轻更时尚的雪橇。如今2016年，宝马又把目光转向了残奥会运动员，据称目前该公司已经使用3D技术为参加残奥会的美国队科技开发了一款更快、更好、更为精良的轮椅。

　　

　　“我们的想法是尽量让轮椅消失，更多地关注运动员。”宝马公司Designworks项目负责人Brad Cracchiola：“这些运动员非常让人敬佩，工作很辛苦，他们只是没有进行过多的宣传。”

　　以前运动员们使用的轮椅是铝材焊接的，远远称不上高科技。所以在今年夏季残奥会之前，宝马Designworks工作室开始对这款性能有限的铝制残奥会运动员比赛用轮椅进行升级。宝马公司有足够的空间发挥自己的能力：规则要求使用完全手摇链条（无齿轮意味着没有机械优势）和采用机械制动（不允许使用蓝牙设备）。除此之外，轮椅只需与赛道匹配即可。

　　一开始，宝马首先对坐在当前轮椅上的运动员进行3D扫描，然后通过空气动力学模型模拟原来的轮椅的运行模式。研发团队很快就决定使用强度重量比更高的碳纤维材料来代替原来的铝材，除此之外，研发人员还不断尝试为其设计更多符合空气动力学要求的形状结构，以尽量保持空气在其周围顺畅的流动，避免产生导致阻力的湍流。

　　

　　“从正面看，我们想要使它尽可能地紧凑和整齐流畅。”Cracchiola说。除了使其前方的结构最小化以及轮椅上尽可能的多的部件整齐协调之外，宝马团队还努力想办法使其表面更光滑。简单地说，就是子弹的形状和鲨鱼表面的平滑。

　　除此之外，由于残奥会田径比赛的方式，需要运动员跪到龙骨上并使用特制手套推动轮圈。为此，研发团队对手套也进行了重新设计，并通过定制化3D打印的方式使其适合每一个运动员。由于他们的这种比赛方式，对轮椅损害很大，经常会导致其在竞赛当中弯曲。“任何时候结构的弯曲都代表着你正在失去能量。”Cracchiola说。那么轮椅设计师该怎么做呢？“理想情况下，所有能量都应该转换为车轮速度。”他说。“更硬的底盘能够保持车轮对齐。但是这与你使用的材料关系很大。所以我们需要在重量、气动性能、底盘刚度和耐久性之间找到正确的平衡。你可以买一辆极轻的碳纤维自行车，但是如果一块石头碰到框架上你就完了。”

　　

　　于是，设计师们使用铝材给运动员们一个基本的箱形结构，并在里面加上泡沫垫和皮带起到固定运动员的作用，并为其留下了很大的可活动空间。除此之外，研发团队还通过测量数据为每个运动员制作了定制的模具使其身体能够与轮椅及其上面的运动部件相匹配。“所有的运动都来自于他们用手臂对车轮的击打。”Cracchiola说。通过使座椅高度、膝角、宽度和转向装置可调，研发团队可以满足其运动员的所有个性化需求。

　　3D打印运动鞋

　　虽然目前已经有些人在尝试3D打印鞋子，但其中大部分人的目的主要是实验性质的，或者为了减少浪费，很少有人会真的以为当前3D打印的鞋子会比非3D打印的鞋子好。

　　

　　不过全球鞋业巨头新百伦（New Balance）正努力扭转这一印象。作为专业的运动鞋制造商，他们已经开发出3D打印的鞋子部件，可以让运动员在比赛中跑得更快。

　　具体来说，这次使运动员在赛道上获得突破的是鞋子底部提供摩擦力的鞋钉板。道理很简单，大的摩擦力就意味着更好的性能。为了得到最好的结果，这家古老的公司（新百伦公司成立于1908年）最近开始使用EOS生产的塑料材料SLS 3D打印机打印鞋钉板。

　　这其中的关键，当然是定制。而且，为了适应每个运动员的生物力学特点，新百伦会将其运动数据传给他们的EOSINT P 395 3D打印机，由其为每个运动员用塑料粉末定制鞋钉板。新百伦公司创新和工程高级经理新百伦Sean Murphy表示，“有那么多出色的证据表明3D打印工艺与我们过去开发和制造过程中使用的技术相比更加先进。我们能够根据记录的运动数据生成多个我们觉得可能时候运动员的鞋钉板，并同时提供几双钉鞋让他们试。他们会试用我们制造出的每一双鞋并做出反馈。”

　　

　　为了做到这一点，运动员会在训练时穿上内置有传感器的鞋子。这有助于确定脚与测力板的关系，生成一个所谓脚冲击的三维矢量模型。而内置在鞋子里的传感器会展示在脚冲击的过程中压力的分布信息，以及脚与鞋子的相互作用情况。当脚上的特定部分显示出高的压力值时，通常表示在某一特定时刻鞋子的这个区域的三维矢量很重要。

　　“我们建立起高压力与相应的力之间的关系，可以帮助我们确定足部每个区域相关力的分布。”Murphy说。“一个简单的例子是脚趾区域。通常情况下，你会在那里看到很高的压力值，它对应着一个推动脚跟向前进而推动人体向前的力量。我们使用参数化建模软件来处理这些数据，并确定鞋钉板摩擦元件分布的位置，计算出方位和调整元件的尺寸，并把运动员们各自的偏好或习惯在设计中一并考虑进去。所有这些数据都被送入一个CAD文件，然后它会被简单地转换成STL格式并3D打印。

　　根据新百伦成员和奥运会亚军 Kim Conley的体验，这当然会给运动成绩带来正面影响。Conley穿着一双带定制3D打印钉板的运动鞋参加多个重要比赛，成绩明显提高，并两次刷新了她个人的最好成绩：3000米（8：44.11）和5000米（15：08.61）。

　　

　　当然，还有一个问题：业余选手如何从中受益呢？虽然目前3D打印的鞋钉板只适用于新百伦签约运动员，但Petrecca表明，这一状况将最终改变。“由设计驱动的增材制造具备真正实现按需制造和更加个性化定制的潜力。这些鞋钉板只是我们的第一步。”她说。“随着可用材料的增加以及增材制造能力的提升，我们相信我们将能够把3D打印的产品，以某种形式带给日常消费者。”

　　虽然这可能需要一段时间，但重要的是他们已经在专业运动领域迈出了第一步。

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