我們知道體育界已經(jīng)有許多3D打印的應(yīng)用，從頭盔、護(hù)口器到?jīng)_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(xué)和悉尼科技大學(xué)的一對(duì)澳大利亞研究人員想要知道答案，并于最近發(fā)表了一篇論文，“增材制造是否能改善體育運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)？”

“體育是一個(gè)可以從增材制造（3D打印）中受益的行業(yè)，媒體已經(jīng)描繪出該技術(shù)在體育產(chǎn)品中的日益普及。這項(xiàng)系統(tǒng)綜述旨在根據(jù)2015年系統(tǒng)評(píng)價(jià)和薈萃分析協(xié)議（PRISMA-P）的首選報(bào)告項(xiàng)目，鞏固和解釋有關(guān)增材制造在體育中的應(yīng)用的現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，”兩人在其摘要中寫道。

3D打印所帶來(lái)的好處（例如減輕重量，定制化）使該技術(shù)對(duì)體育產(chǎn)業(yè)的吸引力與對(duì)航空航天和醫(yī)學(xué)應(yīng)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(shù)時(shí)候，體育產(chǎn)品都是為了批量生產(chǎn)，以便“適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的人口物理特征，例如運(yùn)動(dòng)員的身高，體重，腳的大小和肢體的長(zhǎng)度”。通常，任何定制產(chǎn)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(qiáng)舒適度并減少傷害。

S-Works鏡座（圖片由Specialized提供）

這聽(tīng)起來(lái)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(yàn)3D打印技術(shù)帶來(lái)的改變，例如阿迪達(dá)斯Futurecraft的鞋子，殘奧會(huì)使用的多種假肢以及專用自行車零部件的S-Works動(dòng)力鞍座，研究人員說(shuō)，關(guān)于在體育中使用該技術(shù)的學(xué)術(shù)研究很多，“很難確定這些理論收益是否可以在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)。”?更重要的是，大多數(shù)3D打印運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品均不受數(shù)據(jù)或案例研究的支持，而一項(xiàng)2019年的研究?報(bào)告指出：“體育行業(yè)普遍缺乏對(duì)增材制造技術(shù)的了解”，并且3D打印“并未以任何重要方式實(shí)施，以推動(dòng)新型產(chǎn)品和市場(chǎng)的生產(chǎn)?！?/p>

“鑒于運(yùn)動(dòng)中關(guān)于3D打印的這些截然不同的描述，這項(xiàng)研究提出了一個(gè)問(wèn)題，即有哪些科學(xué)證據(jù)證明3D打印提供了改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品？主要目標(biāo)是記錄利用增材制造的體育和產(chǎn)品的類型，確定所采用的增材制造技術(shù)，材料，軟件和相關(guān)數(shù)字技術(shù)的不同，記錄研究規(guī)模，并從文獻(xiàn)中總結(jié)出增材制造的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，”。

兩位研究人員進(jìn)行了系統(tǒng)的審查方法，使用Meta分析研究了與3D打印體育應(yīng)用程序相關(guān)的趨勢(shì)，并審查了有關(guān)所用軟件和硬件的現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)。

他們說(shuō)：“無(wú)論3D打印得到研究人員的支持還是僅僅是夸大消費(fèi)者期望的媒體炒作，這項(xiàng)研究都為體育應(yīng)用的學(xué)術(shù)研究提供了客觀的分析，因?yàn)榧夹g(shù)已經(jīng)從快速原型制作過(guò)渡到越來(lái)越多的最終用途應(yīng)用?！?/p>

表1.在每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行的搜索，其中灰度用于將相似的運(yùn)動(dòng)/搜索分組。

分析和審查在四個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行，并且“根據(jù)系統(tǒng)審查和元分析協(xié)議（PRISMA-P）2015的首選報(bào)告項(xiàng)目”進(jìn)行。結(jié)果僅限于1984年1月至2019年5月之間發(fā)表的研究，該研究經(jīng)過(guò)同行評(píng)審并用英語(yǔ)撰寫，研究人員使用了28個(gè)特定而廣泛的搜索詞組，例如3D打印，運(yùn)動(dòng)，快速原型制作以及各種不同的體育，包括足球，遠(yuǎn)足，高爾夫，棒球，排球和瑜伽，包含了“全球六個(gè)地區(qū)的十大成人體育項(xiàng)目”。

他們解釋說(shuō)：“收集初始搜索結(jié)果后，使用Endnote中的自動(dòng)工具刪除了重復(fù)項(xiàng)?！?“在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)同一文章進(jìn)行不同分類（例如，會(huì)議論文或會(huì)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(shù)據(jù)庫(kù)中手動(dòng)刪除了更多副本。”

每位作者都獨(dú)立篩選了完整的資料庫(kù)，以確保結(jié)果符合一組納入標(biāo)準(zhǔn)，例如3D打印被用于制造功能性運(yùn)動(dòng)器材并包括定量數(shù)據(jù)。符合所有條件的文章放在一個(gè)庫(kù)中，“完整閱讀以評(píng)估最終納入的有效性”，然后在證據(jù)表的幫助下分析最后審查后留下的所有內(nèi)容，以便“報(bào)告相關(guān)的研究特征和結(jié)果?！?/p>

圖1.在過(guò)程的每個(gè)階段進(jìn)行系統(tǒng)審查以識(shí)別相關(guān)文獻(xiàn)的策略和結(jié)果。

最初的搜索確定了11,185篇文章，到整個(gè)過(guò)程結(jié)束時(shí)，由18個(gè)獨(dú)特的作者組制作的26篇文章被刪減。其中的前十個(gè)是從2010年開(kāi)始的，距增材制造重要專利申請(qǐng)已經(jīng)26年了。因此，從2010年1月到2019年5月，發(fā)表了18篇期刊文章，七篇會(huì)議論文和一本書的章節(jié)，這些內(nèi)容都符合該評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2.按年份發(fā)布的類型。

研究人員發(fā)現(xiàn)了這26種運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(fā)表在一篇文章中。

“重要的是要從這些數(shù)據(jù)中注意到，在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索的24種離散運(yùn)動(dòng)（考慮表1中的分組，但不包括通用術(shù)語(yǔ)“運(yùn)動(dòng)*”），這些運(yùn)動(dòng)中只有八種出現(xiàn)在文獻(xiàn)中（33％） ”，研究人員說(shuō)。

圖3.體育研究文獻(xiàn)。

然后，研究人員使用統(tǒng)計(jì)分析來(lái)比較這26篇文章中的3D打印產(chǎn)品，與使用常規(guī)方法制造的產(chǎn)品相比，它們是否提供了重大改進(jìn)，相似的性能或更低的性能。

該團(tuán)隊(duì)解釋說(shuō)：“重要的是要注意，用于評(píng)估每項(xiàng)研究表現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)是不同的，并且很難在不同研究之間進(jìn)行比較?！?“例如，根據(jù)產(chǎn)品或功能的不同，“改善”質(zhì)量（如空氣動(dòng)力學(xué)性能）可能被認(rèn)為是負(fù)面的，如羽毛球研究所證明的那樣，降低羽毛球的阻力系數(shù)會(huì)改變運(yùn)動(dòng)員理解的飛行行為，因此會(huì)對(duì)比賽產(chǎn)生負(fù)面影響?！?/p>

他們確定有10篇文章表明3D打印產(chǎn)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(biāo)記為N / A，因?yàn)槲墨I(xiàn)“沒(méi)有提供所生產(chǎn)產(chǎn)品以外的比較信息” ?！?/p>

圖4. 3D打印和常規(guī)產(chǎn)品之間的總體優(yōu)勢(shì)（38％），相似性（31％）和劣勢(shì)（19％）。不適用（12％）表示未與現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行比較的商品。

研究人員還將文章中的特定產(chǎn)品分為三大類：基本設(shè)備，如自行車；鞋墊等可改善穿著舒適度或降低受傷風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品；以及防護(hù)裝備，包括護(hù)脛和頭盔。

圖5.文獻(xiàn)中的產(chǎn)品類別。

該團(tuán)隊(duì)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(shù)。

“從技術(shù)角度來(lái)看，粉末床熔融技術(shù)使用率最高，其中50％的產(chǎn)品使用選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）或選區(qū)激光熔融（SLM），盡管52％的產(chǎn)品未提及所用的3D打印機(jī)和36％的產(chǎn)品他們沒(méi)有透露用于設(shè)計(jì)或優(yōu)化產(chǎn)品的任何軟件的名稱?！?/p>

圖6.用于制造產(chǎn)品的增材制造技術(shù)。（Polymer）組代表的論文沒(méi)有描述使用的技術(shù)，很明顯這是聚合物3D打印技術(shù)。

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(shù)，SLM打印和粘結(jié)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(shè)計(jì)工程師使用的其他軟件包，如Rhinoceros。但是，有35％的文章沒(méi)有指出他們使用的軟件。

“這種監(jiān)督為外部研究人員的后續(xù)調(diào)查帶來(lái)了困難。將來(lái)，期刊編輯和審稿人應(yīng)鼓勵(lì)作者提供完整的方法，以幫助進(jìn)行研究比較?！?/p>

研究人員還了解到，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品（包括護(hù)腿板和個(gè)性化鞋墊）時(shí)，經(jīng)常將3D掃描用作補(bǔ)充技術(shù)。

表3.文章中使用的軟件，3D打印機(jī)，材料等的摘要。

他們?cè)诿宽?xiàng)研究中確定了幾個(gè)積極的增材制造機(jī)會(huì)，包括定制產(chǎn)品的成本效益，由于零件合并而降低的成本以及幾乎無(wú)限的設(shè)計(jì)迭代的可能性。但是，他們還發(fā)現(xiàn)了一些挑戰(zhàn)，包括：

·?3D打印通常比其他制造過(guò)程慢

·?許多3D打印零件仍需要與常規(guī)零件結(jié)合以形成完整的產(chǎn)品，這限制了幾何形狀

·?使用優(yōu)化軟件需要人工干預(yù)和3D打印設(shè)計(jì)技能

·?這些材料在體育產(chǎn)業(yè)中的長(zhǎng)期耐久性尚不清楚，因?yàn)樵S多研究?jī)H使用了有限的樣本量

·?3D打印產(chǎn)品可能不符合體育法規(guī)

研究人員寫道：“在本評(píng)價(jià)中包括的所有文獻(xiàn)中，很明顯，作者對(duì)3D打印與體育應(yīng)用有關(guān)，盡管結(jié)果可能與傳統(tǒng)產(chǎn)品相當(dāng)或不及，但他們對(duì)此持樂(lè)觀態(tài)度?！?/p>

然而，盡管如此，他們還是認(rèn)為在3D打印體育應(yīng)用方面還沒(méi)有足夠的同行評(píng)審研究。例如，他們?cè)谒鶎彶榈难芯恐袥](méi)有發(fā)現(xiàn)3D打印定制產(chǎn)品的證據(jù)，從而導(dǎo)致了新的商業(yè)產(chǎn)品，而3D打印體育產(chǎn)品的商業(yè)開(kāi)發(fā)與學(xué)術(shù)發(fā)展是分開(kāi)進(jìn)行的，這不是理想的選擇，并且會(huì)引發(fā)非IP知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。披露協(xié)議。此外，這對(duì)被確定符合其入選標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)通常都在一項(xiàng)研究或同一組作者的幾項(xiàng)研究中進(jìn)行介紹，因此并未對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

“更成熟的醫(yī)學(xué)3D打印領(lǐng)域提供了有用的背景比較，以解決本研究的研究問(wèn)題。研究記錄了個(gè)性化產(chǎn)品改善運(yùn)動(dòng)和康復(fù)的機(jī)會(huì)，類似于運(yùn)動(dòng)，以及利用其他數(shù)字技術(shù)（例如3D掃描，計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）或磁共振成像（MRI））的機(jī)會(huì)?！?/p>

“與醫(yī)學(xué)應(yīng)用的這些評(píng)論相比，平均審閱的論文為131篇，這項(xiàng)針對(duì)運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的增材制造的廣泛系統(tǒng)的綜述只有26種出版物，大大少于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，并加強(qiáng)了Mawale等人的評(píng)論。與更成熟的醫(yī)療行業(yè)相比，對(duì)體育應(yīng)用的研究?jī)H處于“初始階段”。

Riddell Speedflex精密鉆石頭盔

研究人員確實(shí)注意到，由于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)量較少和搜索的“極端特定”關(guān)鍵字，他們可能錯(cuò)過(guò)了一些相關(guān)文獻(xiàn)。但是，他們還指出，任何缺失的文章都可能不會(huì)“顯著改變這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)和建議?！?/p>

“通過(guò)這項(xiàng)研究，我們可以得出這樣的結(jié)論：增材制造制造尚未成為學(xué)術(shù)界體育應(yīng)用的主流。這兩位研究人員總結(jié)說(shuō)，盡管樣本經(jīng)常出現(xiàn)在3D打印和增材制造新聞網(wǎng)站、制造業(yè)貿(mào)易展和會(huì)議上，但幾乎沒(méi)有科學(xué)證據(jù)支持采用增材制造生產(chǎn)體育產(chǎn)品，截至2019年5月，只有26篇同行評(píng)審文章被確定?！?/p>

“通過(guò)對(duì)迄今為止的證據(jù)進(jìn)行客觀整理，這項(xiàng)研究打破了圍繞使用AM制造體育產(chǎn)品的炒作，并強(qiáng)調(diào)需要進(jìn)行嚴(yán)格、持續(xù)和持續(xù)的研究，以支持制造商、產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和所有經(jīng)驗(yàn)水平的運(yùn)動(dòng)員。”