OECHSLER和STRAUSS联合开发3D打印护膝，独特网格设计可极大减少外力冲击

欧洲STRAUSS公司是一家专注于开发个人防护装备 (PPE) 的工作服品牌，它的产品包括护目镜、护耳器、安全帽、耐化学腐蚀的手套还有护膝等，每款产品都旨在确保其客户在工作中的安全。为了保护工人免受职业危害和伤害，该公司最近与德国增材制造专家裕克施乐（OECHSLER）开展合作，以研究 3D 打印护膝的好处。

此次合作项目被证明是成功的，STRAUSS 现在正在销售 Master Grid 6D 系列下的 3D 打印 PPE，提供更高的耐用性、舒适性和阻尼特性。本期将深入探讨 STRAUSS 护膝用例，它展示了OECHSLER对网格 3D 打印的深入了解以及增材制造解锁更高性能设计并为无数消费产品挖掘新优势的能力。

护膝的必要性

膝盖作为人体最大的关节，支撑我们辛苦工作。它们承受我们的体重，提供平衡和稳定性，使我们能够行走、奔跑、跳跃、坐下、跪下，应有尽有。但膝盖也容易拉伤和受伤，尤其是对于那些因职业对腿部和膝盖造成额外压力的人。

出于这个原因，护膝已成为瓷砖工、景观设计师、屋顶工、水管工和其他从事体力要求高或危险工作的工人个人防护装备不可或缺的一部分。它们有许多已证实的好处：护膝有助于减少对膝盖的冲击，以及吸收冲击力并保护它们免受任何尖锐物体的伤害。对于花时间跪着或蹲着的人来说，他们可以降低患骨关节炎等长期疾病的风险，并防止骨折或其他膝盖受伤。

传统上，护膝由泡沫或塑料、泡沫和织物的组合制成。有些可以包裹在穿着者的裤子上，而另一些则可以塞进工作裤的膝盖口袋里。虽然有效并且肯定比没有保护好，但传统护膝的好处确实有局限性。一方面，它们很容易磨损。重复使用后，泡沫开始压缩，从而提供较少的冲击保护。另一方面，传统的泡沫护膝无法适应膝盖在工作时承受的不同压力。

由于始终专注于工作服的未来设计，STRAUSS 看到了一个独特的机会，可以使用 3D 打印和网格设计框架来改进护膝。

△OECHSLER 和 STRAUSS 开创的3D 打印网格护膝可提供合适的压力分布

优化的保护结构和符合人体工程学的舒适性

OECHSLER是将符合人体工程学的3D 打印护膝带入生活的理想合作伙伴。该公司专注于聚合物生产方法，已与众多客户合作开发和制造消费品，如背包、鞋类、自行车座垫、汽车座椅和护具，所有这些都利用了晶格设计和工业 3D 打印的优势。

通过与 STRAUSS 的密切合作，OECHSLER团队针对护膝性能和佩戴舒适度进行了优化设计。实现此设计涉及几个关键步骤：首先，公司必须根据佩戴者的需求找到最佳的网格结构。然后，他们必须为此找到合适的材料，这将符合工作服的行业标准。最后，他们将 PPE 项目投入生产。

OECHSLER的工程师评估了几种不同的网格设计，以确定保护设备的最佳网格图案和单元对齐方式。主要任务是提供阻尼特性和能量回收之间的卓越平衡。最终，由于其始终如一的吸收负载和承受压力的能力，选择了定制的六角网格图案。这种独特的网格被称为 Master Grid 6D 设计，它已被用于护膝以及 STRAUSS 发布的其他 3D 打印工作服产品。

在设计护膝时，OECHSLER 和STRAUSS 还考虑了工人膝盖在工作中可能承受的不同类型的压力和应变。利用人体测绘技术，伙伴们能够在跪姿时实现70%的能量吸收和30%的恢复力的压力分布。最重要的是，它们集成了一个连续的外部网格，以防止尖锐物体（如钉子或木头）刺穿佩戴者的膝盖。

在尺寸方面，这款 3D 打印护膝的设计与 STRAUSS 的传统护膝相匹配。这是为了确保护垫可以与经过认证的 STRAUSS 工作服裤子一起穿着，并且可以轻松放入膝盖口袋。因此，团队在现有护膝设计的限制范围内生成了一个网格。使用 DfAM 方法，护膝还针对可打印性以及预处理和后处理进行了优化，以促进生产可扩展性。

合适的材质

材料选择是另一个重要因素，OECHSLER在其增材制造设施中进行了广泛的材料测试，以找到能够满足劳动密集型职业需求的材料。最终，Carbon EPU 41 因其良好的耐磨性、耐洗性和弯曲载荷测试结果而被选中。例如，在经历了 50,000 次弯曲载荷循环后，3D 打印的 EPU 41 护膝没有出现裂纹扩展的迹象。

Carbon EPU 41 是一种聚氨酯弹性体树脂，还具有良好的抗撕裂性和能量回馈能力。其他材料特性，包括生物相容性、透气性、防水性和耐温性（-10 至 70 摄氏度），也使该材料成为工作服应用的明确选择。最后，Master Grid 6D 网格和 Carbon EPU 41 的组合生产了比传统泡沫护膝更耐用且体积损失更少的护膝。

在将其打印护膝推向市场之前，STRAUSS 还邀请了几位工匠在工作条件下对其进行测试。反馈非常有希望：新设计的护膝因其出色的吸收性以及舒适性和耐磨性而受到赞扬（因为它们可以很容易地放入 STRAUSS 工作服裤中）。护膝已通过 DIN EN 14404 以及 ISO 14404 和 ISO 20347 工作服标准认证。

STRAUSS 设计团队表示：“通过我们的技术合作伙伴 OECHSLER，我们能够进入一个全新的工作服设计模式。一个要求最高安全要求和个性化的产品世界。3D打印技术使我们能够以可持续和持久的方式实现最高水平的舒适性、稳定性和保护性。它帮助我们将有价值的客户反馈快速转化为我们的开发过程，并满足他们对高端工作服产品的需求。”

从产品研发到生产

随着 ES 护膝 MasterGrid 6D 设计的完成，STRAUSS 和 OECHSLER准备投入生产。得益于OECHSLER强大的增材制造能力，从产品设计到生产的过渡是无缝的。对于那些还不熟悉这家德国公司能力的人：OECHSLER 运营着一个技术独立的大批量生产设施，拥有 150 台 3D 打印机，每年可以生产超过 200 万个零件。它与几个知名品牌合作，以经济高效的方式将他们的产品从概念模型推进到生产。

STRAUSS 的护膝是在OECHSLER 位于德国的增材制造中心使用 Carbon 的增材制造解决方案（包括 3D 打印以及预处理和后处理）制造的。这两家公司都位于德国，这也意味着护膝的生产是在当地进行的，从而最大限度地降低了运输成本和排放。

护膝并不是 STRAUSS 现在销售的唯一 3D 打印产品：两家公司还开发了一双工作鞋，在中底集成了定制的 Master Grid6D 网格设计。网格的功能类似于护膝，提供稳定性并减轻脚部压力。

OECHSLER 总结合作伙伴关系时说：“STRAUSS 成功推出了一款高质量的工作服解决方案，充分利用了 OECHSLER 在开发和制造增材制造应用方面的专业知识。专为工作环境设计并利用 3D 打印的优势，我们将人体工程学和佩戴者的舒适度放在首位，前所未有的产品质量和材料强度确保更长的产品生命周期。”