我們知道體育界已經有許多3D打印的應用，從頭盔、護口器到沖浪板、鞋子。但是，這真的像我們想象的那樣普遍嗎？還是僅僅是炒作而已？迪肯大學和悉尼科技大學的一對澳大利亞研究人員想要知道答案，并于最近發表了一篇論文，“增材制造是否能改善體育運動的表現？”
“體育是一個可以從增材制造（3D打印）中受益的行業，媒體已經描繪出該技術在體育產品中的日益普及。這項系統綜述旨在根據2015年系統評價和薈萃分析協議（PRISMA-P）的首選報告項目，鞏固和解釋有關增材制造在體育中的應用的現有經驗證據，”兩人在其摘要中寫道。
3D打印所帶來的好處（例如減輕重量，定制化）使該技術對體育產業的吸引力與對航空航天和醫學應用的吸引力一樣，僅舉幾例。正如研究人員所寫的那樣，大多數時候，體育產品都是為了批量生產，以便“適應標準的人口物理特征，例如運動員的身高，體重，腳的大小和肢體的長度”。通常，任何定制產品都只能以有限的尺寸制作，但是3D打印可以改變這種尺寸，從而有助于提高性能，增強舒適度并減少傷害。
S-Works鏡座（圖片由Specialized提供）
這聽起來很好，但不管那些3D打印體育故事怎么宣傳，只有很少的人正在體驗3D打印技術帶來的改變，例如阿迪達斯Futurecraft的鞋子，殘奧會使用的多種假肢以及專用自行車零部件的S-Works動力鞍座，研究人員說，關于在體育中使用該技術的學術研究很多，“很難確定這些理論收益是否可以在實踐中實現?！?更重要的是，大多數3D打印運動產品均不受數據或案例研究的支持，而一項2019年的研究?報告指出：“體育行業普遍缺乏對增材制造技術的了解”，并且3D打印“并未以任何重要方式實施，以推動新型產品和市場的生產?！?/p>
“鑒于運動中關于3D打印的這些截然不同的描述，這項研究提出了一個問題，即有哪些科學證據證明3D打印提供了改進的運動產品？主要目標是記錄利用增材制造的體育和產品的類型，確定所采用的增材制造技術，材料，軟件和相關數字技術的不同，記錄研究規模，并從文獻中總結出增材制造的機遇和挑戰，”。
兩位研究人員進行了系統的審查方法，使用Meta分析研究了與3D打印體育應用程序相關的趨勢，并審查了有關所用軟件和硬件的現有技術知識。
他們說：“無論3D打印得到研究人員的支持還是僅僅是夸大消費者期望的媒體炒作，這項研究都為體育應用的學術研究提供了客觀的分析，因為技術已經從快速原型制作過渡到越來越多的最終用途應用?！?/p>
表1.在每個數據庫中進行的搜索，其中灰度用于將相似的運動/搜索分組。
分析和審查在四個不同的數據庫中進行，并且“根據系統審查和元分析協議（PRISMA-P）2015的首選報告項目”進行。結果僅限于1984年1月至2019年5月之間發表的研究，該研究經過同行評審并用英語撰寫，研究人員使用了28個特定而廣泛的搜索詞組，例如3D打印，運動，快速原型制作以及各種不同的體育，包括足球，遠足，高爾夫，棒球，排球和瑜伽，包含了“全球六個地區的十大成人體育項目”。
他們解釋說：“收集初始搜索結果后，使用Endnote中的自動工具刪除了重復項?！?“在不同的數據庫對同一文章進行不同分類（例如，會議論文或會議記錄）或信息略有不同（例如，作者的姓氏和姓氏以不同順序排列）的情況下，從數據庫中手動刪除了更多副本?！?/p>
每位作者都獨立篩選了完整的資料庫，以確保結果符合一組納入標準，例如3D打印被用于制造功能性運動器材并包括定量數據。符合所有條件的文章放在一個庫中，“完整閱讀以評估最終納入的有效性”，然后在證據表的幫助下分析最后審查后留下的所有內容，以便“報告相關的研究特征和結果?！?/p>
圖1.在過程的每個階段進行系統審查以識別相關文獻的策略和結果。
最初的搜索確定了11,185篇文章，到整個過程結束時，由18個獨特的作者組制作的26篇文章被刪減。其中的前十個是從2010年開始的，距增材制造重要專利申請已經26年了。因此，從2010年1月到2019年5月，發表了18篇期刊文章，七篇會議論文和一本書的章節，這些內容都符合該評價的標準。
圖2.按年份發布的類型。
研究人員發現了這26種運動中總共包含了12種，其中跑步和步行是迄今為止最受歡迎的運動，如下圖所示，共有10篇文章。騎自行車的文章有四篇，羽毛球的文章有三篇，其余的，例如攀巖，板球，棒球和劃船，都只發表在一篇文章中。
“重要的是要從這些數據中注意到，在數據庫中搜索的24種離散運動（考慮表1中的分組，但不包括通用術語“運動*”），這些運動中只有八種出現在文獻中（33％） ”，研究人員說。
圖3.體育研究文獻。
然后，研究人員使用統計分析來比較這26篇文章中的3D打印產品，與使用常規方法制造的產品相比，它們是否提供了重大改進，相似的性能或更低的性能。
該團隊解釋說：“重要的是要注意，用于評估每項研究表現的標準是不同的，并且很難在不同研究之間進行比較?！?“例如，根據產品或功能的不同，“改善”質量（如空氣動力學性能）可能被認為是負面的，如羽毛球研究所證明的那樣，降低羽毛球的阻力系數會改變運動員理解的飛行行為，因此會對比賽產生負面影響?！?/p>
他們確定有10篇文章表明3D打印產品具有更好的性能，而8篇文章具有相似的性能，有5篇性能較低，有3篇被標記為N / A，因為文獻“沒有提供所生產產品以外的比較信息” ?！?/p>
圖4. 3D打印和常規產品之間的總體優勢（38％），相似性（31％）和劣勢（19％）。不適用（12％）表示未與現有產品進行比較的商品。
研究人員還將文章中的特定產品分為三大類：基本設備，如自行車；鞋墊等可改善穿著舒適度或降低受傷風險的產品；以及防護裝備，包括護脛和頭盔。
圖5.文獻中的產品類別。
該團隊還研究了每種研究使用的各種材料，CAD軟件和增材制造技術。
“從技術角度來看，粉末床熔融技術使用率最高，其中50％的產品使用選區激光燒結（SLS）或選區激光熔融（SLM），盡管52％的產品未提及所用的3D打印機和36％的產品他們沒有透露用于設計或優化產品的任何軟件的名稱?！?/p>
圖6.用于制造產品的增材制造技術。（Polymer）組代表的論文沒有描述使用的技術，很明顯這是聚合物3D打印技術。
繼SLS 3D打印之后，材料噴射是第二受歡迎的方式，其次是FFF技術，SLM打印和粘結劑噴射。在材料方面，所有SLM研究均使用鈦，所有SLS研究均使用聚酰胺。Fullcure 720在三篇文章中使用，ABS在兩篇文章中使用，下面提到的其余材料僅使用一次；16％的文章未指定使用哪種材料。Solidworks和Geomagic是流行的CAD軟件程序，然后是Materialize Magics，以及設計工程師使用的其他軟件包，如Rhinoceros。但是，有35％的文章沒有指出他們使用的軟件。
“這種監督為外部研究人員的后續調查帶來了困難。將來，期刊編輯和審稿人應鼓勵作者提供完整的方法，以幫助進行研究比較?！?/p>
研究人員還了解到，在設計和優化運動產品（包括護腿板和個性化鞋墊）時，經常將3D掃描用作補充技術。
表3.文章中使用的軟件，3D打印機，材料等的摘要。
他們在每項研究中確定了幾個積極的增材制造機會，包括定制產品的成本效益，由于零件合并而降低的成本以及幾乎無限的設計迭代的可能性。但是，他們還發現了一些挑戰，包括：
·?3D打印通常比其他制造過程慢
·?許多3D打印零件仍需要與常規零件結合以形成完整的產品，這限制了幾何形狀
·?使用優化軟件需要人工干預和3D打印設計技能
·?這些材料在體育產業中的長期耐久性尚不清楚，因為許多研究僅使用了有限的樣本量
·?3D打印產品可能不符合體育法規
研究人員寫道：“在本評價中包括的所有文獻中，很明顯，作者對3D打印與體育應用有關，盡管結果可能與傳統產品相當或不及，但他們對此持樂觀態度?！?/p>
然而，盡管如此，他們還是認為在3D打印體育應用方面還沒有足夠的同行評審研究。例如，他們在所審查的研究中沒有發現3D打印定制產品的證據，從而導致了新的商業產品，而3D打印體育產品的商業開發與學術發展是分開進行的，這不是理想的選擇，并且會引發非IP知識產權問題。披露協議。此外，這對被確定符合其入選標準的運動通常都在一項研究或同一組作者的幾項研究中進行介紹，因此并未對結果進行驗證。
“更成熟的醫學3D打印領域提供了有用的背景比較，以解決本研究的研究問題。研究記錄了個性化產品改善運動和康復的機會，類似于運動，以及利用其他數字技術（例如3D掃描，計算機斷層掃描（CT）或磁共振成像（MRI））的機會?！?/p>
“與醫學應用的這些評論相比，平均審閱的論文為131篇，這項針對運動應用的增材制造的廣泛系統的綜述只有26種出版物，大大少于醫學應用，并加強了Mawale等人的評論。與更成熟的醫療行業相比，對體育應用的研究僅處于“初始階段”。
Riddell Speedflex精密鉆石頭盔
研究人員確實注意到，由于數據庫數量較少和搜索的“極端特定”關鍵字，他們可能錯過了一些相關文獻。但是，他們還指出，任何缺失的文章都可能不會“顯著改變這項研究的發現和建議?！?/p>
“通過這項研究，我們可以得出這樣的結論：增材制造制造尚未成為學術界體育應用的主流。這兩位研究人員總結說，盡管樣本經常出現在3D打印和增材制造新聞網站、制造業貿易展和會議上，但幾乎沒有科學證據支持采用增材制造生產體育產品，截至2019年5月，只有26篇同行評審文章被確定?！?/p>
“通過對迄今為止的證據進行客觀整理，這項研究打破了圍繞使用AM制造體育產品的炒作，并強調需要進行嚴格、持續和持續的研究，以支持制造商、產品設計師和所有經驗水平的運動員?！?/p>
