Purmundus挑战性，3D和4D打印设计奖，于2020年11月11日，第8次作为数字Formnext Connect展览的一部分颁发。

比赛现场直播，并以新的奖项类别和新的合作伙伴的形式提供了一些惊喜。共有七份参赛作品获得了令人垂涎的金奖杯。

2020年的Purmundus挑战展示了增材制造抵御危机的能力。在充满挑战的2020年，3D和4D打印的重要性再次凸显。AM社区正在齐心协力，除了在设计领域开辟新局面外，还设法为社会增加价值。” Purmundus挑战传播与公关负责人Dennis Lang说。获奖者所代表的广泛行业尤其引人注目。他们都以自己的方式诠释了今年的主题“几何与材料的和谐”。purmundus挑战小组成员hyperTunnel Limited的James Helliwell补充说：“遵循理想的，特别是对环境有益的增材制造应用给人留下了特别积极的印象。” 公司，

从2020年11月10日至2020年12月31日，35位决赛选手将在虚拟Formnext Connect展览中展示他们的杰出设计。该数字平台提供了有关3D和4D打印领域的令人兴奋的见解，以及有史以来首次使用对接功能直接联系设计人员的机会。

一等奖

Moorhuhn Fahrradrahmen

HUHN cycles I Ralf Holleis

自行车行业在过去几年发展非常迅速，自行车变得更轻，同时也更坚固。这些伟大的成就,主要可能与一个叫做碳纤维复合材料,不幸的这种材料产生非常高的碳足迹,直到产品除了碳产品有一个很短的产品生命周期有一定的安全风险在使用二手或坠毁碳产品。遗憾的是，几乎没有办法回收这种复合材料，所以大多数情况下，碳框架最终被扔在地上或被烧掉。金属回收永远!

钛是一种材料，可以完成碳有优势的自行车框架建设，只是非常困难的加工，因此设计非常有限，功能钛框架感觉比碳框架软很多，由于他们的管管焊接连接。

Moorhuhn结合了超轻钛管的优点，并将它们与添加剂制造的凸耳连接起来，这使得关节非常坚硬，因为它们可以根据自行车框架内的力量进行设计，并平均分配它们。节点超轻且坚硬，同时内部的晶格结构支撑着超薄的墙体。进一步加法制造能够产生每一帧根据每个人的需要不需要工具,功能就像电缆引导、座位夹,轴承外壳以及附加材料焊接可以集成的设计,使生活Framebuilder容易得多。

但是，简单地总结一下，所有这些都是非常详细和乏味的:加法制造使制造现代钛登山自行车成为可能，它们像碳框架一样轻和坚硬，但它们是当地生产的，可以定制安装在骑手身上。最重要的是，制作过程更加环保，车架可以修复和回收。一辆现代山地车不应该在两年后被扔在租借场地上，因为修理它不值得。钛框架根本不需要油漆，因为没有腐蚀，所以即使是整理过程中不涉及化学物质，也不会迫使生产者进入健康危险的情况。

二等奖

exomotion®hand one

HKK Bionics GmbH I Dominik Hepp

HKK Bionics的exomotion®手部矫形器是一种创新的仿生手部矫形器，用于瘫痪的手部。它被设计成一种“机动手套”，使病人能够执行日常抓握任务。直到现在，双手完全瘫痪的人无法得到照顾，他们中的许多人认为只有截肢是唯一的出路。exomotion®hand one作为市场上的第一款产品，使手部完全瘫痪的患者可以重新执行各种握紧功能。

功能原理:智能软件与传感器相关联，通过仍处于活动状态的肌肉识别佩戴者的运动意图，并控制手臂夹板上强大的微驱动器。这些动力直接进入手套的驱动机制，从而打开和关闭手指，从而提供必要的握力。所有组件通过支撑臂夹板连接，该夹板为每个患者单独制造。

结合简单、直观的使用控制单元和强大的电池，这些元素形成了exomotion®hand one——一个长期的日常解决方案，填补了市场的空白。手矫形器可以执行六种不同类型的抓地力，如电力抓地力或镊子抓地力，涵盖了最重要的应用。预定义的变量决定哪些手指参与抓握，以创建一个功能尽可能多的握把。为了确保每一个矫形器都能完美贴合，并能在日常生活中佩戴，没有擦伤，个别制作是必要的。HKK Bionics GmbH与以前培训过的医疗用品商店合作。本次合作将医用硅酮的手工加工与3D扫描、自动化施工和激光烧结结合起来。为了以经济的方式为每个病人生产技术产品，开发了一个模块化系统。这包括标准化的零件，以及由专业3D打印服务提供商制造的独立和部分自动构建的手臂夹板。与此同时，增材制造可以实现部件、机电一体化部件和切口的集成部分。一定程度的小型化可以实现，这是传统生产方法不可能实现的。身高和体重下降，患者对辅助器具的接受度增加。

矫形器的所有塑料部件都是在激光烧结过程中由生物相容性PA12打印出来的，并按照患者选择的颜色上色。由于个别的构造和着色，每个矫形器都是独一无二的。表面定制也是可能的。只有经过整理和染色的印刷技术，才有可能生产出exomotion®手one等产品，具有高质量和医疗设备兼容的表面处理。臂夹板的创建,这是基于一个石膏模型的3 d扫描病人的手臂,一个特殊的,部分软件实现自动化的建设,与这个复杂的施工时间,总是个人几何减少到几个小时,同时医疗器械的再现性要求是充分的。

三等奖

3D打印运动鞋

Svet Abjo I Zellerfeld鞋业

什么

这是基于足部扫描的全功能定制3D打印鞋。整个鞋是一次性打印，消除任何缝合或粘合过程。鞋底，中底，和鞋面-所有在一个打印和一种材料。

为什么

2020年，气候变化和环境是最大的问题之一，我真的相信，用可回收材料制成的3D打印鞋拥有非常潜在的未来。整只鞋是由一种材料制成的——TPU(邵氏硬度60a)。这种鞋最终可以被熔化，然后用它打印出新的鞋子。此外，不需要传统的鞋楦，因为这可以直接在CAD模型中实现。

对covid影响

由于最近的全球流行，几个鞋类品牌遭受了巨大的收入损失。许多这些品牌的供应链主要设在亚洲和其他经济较低的国家，那里的工人被剥削，工资较低。3D打印鞋可以在当地完成，消除了任何大型基础设施或生产大厅的需要。此外，与传统生产方式相比，不会出现过度生产。

特别奖

颜色触觉指南针

Taktilesdesign GmbH I Sylvia Goldbach I Eric Bahr

第一个一般有效的定义触觉三维表面的颜色为盲人。

布局/设计

触觉色彩罗盘引领我们进入一个全新的感知世界。它引导用户浏览风景、图片和日常物品。罗盘的表面是LFS通过接近自然、联想创造出来的。Taktilesdesign添加了特定的元素。参考历史指南针和颜色轮服务于打开联系指导和方向。在自然界中，从软到硬的触觉表面，通过暖到冷的材料，在他们的表现中公正地对待颜色。这种对生产不同性能的高要求在一个过程中是唯一可能的与最新一代的3D打印。

创新程度

现在还没有颜色的标准代码!盲人触觉体验的新语言在触摸时创造了一种新的和谐感。无论语言如何，肌理都起着沟通的作用。

增材制造的潜力

个别的用户组证明了一个较低的版本。小六角形零件能有效填充施工空间。许多材料正在被使用。我们的罗盘不能制造，除了加法制造，由于模型的高水平纹理和颜色与stratasys和罗兰UV印刷的最新材料的一步结合。

经济潜力

将处境不利的人口群体纳入公共领域符合社会利益。80%的盲人年龄在50岁以上。趋势:由于幼儿时期滥用娱乐而增加。

更多关于颜色触觉指南针的信息，请观看视频:https://youtu.be/gvsf65xsqTs/

创新奖

ANAMOS heart model

ANAMOS UG (haftungsbeschränkt) I Lehrstuhls FAPS,

FAU Erlangen-Nürnberg I Wacker Chemie AG I Hannah Riedle I Anna Seufert

解剖心脏模型，用于手术模拟

以其逼真的功能和触感，利用加法方法制作的人体心脏解剖模型，为模拟手术提供了新的机会。作为直接涉及人体的应用的替代品，创造了新的培训和评估环境，提高了医疗培训的效率、医疗产品的开发和研究。与人类或动物尸体等生物模型不同，人工阿纳莫斯模型随时都可以获得，易于存储和管理，可以重现任何解剖结构或条件。ANAMOS心脏模型是一种创新的通用设计方法的产品，它涉及医学CT成像数据，允许心室和心脏的心房，以及相关的周围血管和冠状动脉，被现实地重建。模型的重点是现实的功能。这就是为什么它有独特设计的解剖瓣膜和中空的血管结构。使用硅树脂和ACEO®技术(Wacker Chemie AG, Munich)的增材制造可以在保持几何复杂性的同时重建心脏组织的弹性特性。例如，在没有压力的情况下，ANAMOS心脏模型的瓣膜就会有小缝隙。当对血液流动方向施加力时，弹性瓣膜打开，朝向心脏壁或血管壁。然而，如果对血液流动方向施加压力，瓣膜就会被压在一起，关闭开口。这种功能是唯一可能的通用设计方法的独特组合，添加制造和弹性硅树脂的使用，这使它完全突破性的。

该模型的设计可以适应不同的情况。所示的模型显示左侧房间隔缺损(两个心房之间有问题的开口)和室间隔缺损(两个心室之间有问题的开口)。模拟手术的潜在应用包括术中导航、病理性心脏瓣膜置换和隔膜缺损闭合。一项科学研究证实了必要的解剖准确性，与超声成像技术和超声心动图的兼容性，以及手术模拟的功能。

历史

该模型的概念源于埃尔兰根-纽伦堡大学工厂自动化和生产系统研究所和瓦克Chemie AG联合开展的“硅树脂生物模型”研究项目。2020年，这个研究项目催生了由EXIST创始人奖学金支持的“软骨解剖学”项目。2020年8月，为了支持该项目，ANAMOS UG (limited liability)成立，为医疗和医疗器械市场开发和销售3d打印解剖模型。

模拟驱动设计奖

螺栓

苏黎世联邦理工学院

朱利安·费休和马塞尔·施吕塞尔

金属增材制造的自动化后处理

螺栓- it概念使自动化的物理和数字后处理链成为可能。螺栓-它是在#additivemanufacturing (AM)过程中产生的通用接口。它们能够自动抓取和处理AM部件。AM部分的位置是来自CAD已知的，所以没有必要参考。此外，还可以实现五面可及的稳健加工。一个简单的扭转去除界面完成这一过程。该项目是Inspire AG、苏黎世联邦理工学院和Gressel研发合作的一部分。这个为期两年的项目由innosuisse资助，由Julian Ferchow (Inspire AG，苏黎世联邦理工学院的研究助理)和Marcel Schlussel (Gressel的技术主管)领导。

有关Bolt it的更多信息，请观看视频:

https://www.youtube.com/watch?v=i3TioiUHCOE&t=2s/

新人奖

自适应夹板

惠灵顿维多利亚大学

设计创新学院

傅叶君

与传统的制造工艺相比，3D打印技术已经证明了它在构建各种结构、高精度和材料经济性方面的能力。4D打印为3D打印技术添加了第四维，时间。随时间变化是4D打印产品的一个关键特性。本研究聚焦于生物基响应材料，将其作为一种开启变革并将3D打印转化为4D打印的手段。

为了配置能从这种转变中受益的产品，已经进行了许多研究，以开发响应性材料的性能或探索这些材料的几何结构。医学领域的先例显示出将生物基材料与4D打印相结合，制造高度定制的产品，以适应人体的形状、运动和生理需求的巨大潜力。

本研究项目是由打印响应生物聚合物的发展,旨在促进工业设计专业知识,一个多学科团队的材料科学家和工程师的国家科学挑战(NSC)组合5先锋项目“加法制造和3 d或4 d印刷bio-composites”https://www.sftichallenge.govt.nz/ourresearch/projects/spearhead/additive-manufacturing-and-3d-and-or-4d-printing-of-bio-composites/

该项目探索了4D打印用于建造可穿戴设备的可能性，例如用于渐进康复的自适应手腕夹板。这包括研究伤口愈合过程和相关的康复方法，以确定所需的功能夹板和探索相关的生物结构作为设计几何的灵感。通过与材料科学家的合作，该设计沿着两条道路发展。首先，使用新的实验聚合物并测试它们的响应性，配置一个可打印的形状变化层夹板，以适应手腕在愈合过程中的变化。其次，将这些实验整合到自适应夹板的三维模型中，由三层组成，以响应渐进式康复的要求。

这项研究对新材料的性能和相关的印刷工艺提出了挑战，还需要进行更多的研究来改善印刷适性和响应性能。然而，夹板的设计为更广泛的可穿戴设备领域的潜在应用提供了一个案例研究，该设备包含多层响应材料和不同的几何形状，可以适应人体的需求。

更多详情请见:https://www.behance.net/gallery/84896425/An-adaptive-splint-Masters-project

更多关于自适应夹板的信息，请观看视频:https://vimeo.com/356800439/

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内容来源：purmundus-challenge 2020