نعل‌ پلاستیکی و فولادی طراحی شده با چاپ سه بعدی

استفاده از نعل‌های سه بعدی: مقایسه پارامترهای جنبشی، ساختار سُم و ویژگی‌های سایشی نعل در اسب‌ها؛ نعل‌های فولادی و پلاستیکی طراحی شده با چاپ سه بعدی

محققان دانشگاه اوترخت اخیرا نعل‌های سه بعدی سفارشی را روانه بازار کرده اند. هدف از این مطالعه بررسی اثرات این نعل سه بعدی بر پارامترهای سینتیک، ساختار سُم و بررسی ویژگی‌های سایشی آن است. این نعل با اسکن سه بعدی از سم طراحی شده، روی مواد پلاستیکی چاپ شده و سپس به سم چسبانده شده است. شش اسب‌ به ‌صورت تصادفی در دو چرخه نعل‌بندی با نعل سه‌بعدی و فولادی به مدت هفت هفته‌ای قرار گرفتند. پارامترهای جنبشی در یورتمه با استفاده از فشار و نیرو در فرکانس 250 هرتز در هفته اول (T0) و هفته هفتم (T7) مورد بررسی قرار گرفتند. تصاویر سم در هفته‌های T0 و T1 نیز به منظور تعیین ساختار سم و خواص سایشی نعل بررسی شدند. داده‌های به دست آمده با استفاده از مدل خطی اثر مختلط همراه با شرایط نعل بندی و شرایط زمانی به عنوان اثرات ثابت، و اسب و اندام‌ها به عنوان اثرات تصادفی ارزیابی شدند. اوج نیروی عمودی (PVF) و ضربه عمودی (VI) در هر دو نقطه زمانی در نعل‌های سه بعدی افزایش قابل توجهی داشته است. در نعل‌های سه بعدی در هر دو نقطه زمانی حجم فشار به طور مساوی در سم پراکنده شده است. متغیرهای ترکیبی سم نشان‌دهنده رشد (و یا سایش) متعادل‌تر در نعل‌های پرینت سه بعدی هستند و ازطرفی، چرخه سایشی این نعل‌ها همگن تر بود. مقادیر بالای PVF و VI در نعل‌های سه بعدی نشان می‌دهد که اسب‌ها نیروی بیشتری بر اندام ها وارد می‌کنند. این توزیع سایشی همگن در نعل‌های سه بعدی را می‌توان با اوج توزیع فشار یکنواخت در نعل‌های سه بعدی سفارشی مطابقت داد.

دلیل اصلی نعل بندی در اسب‌ها، جلوگیری و محافظت از سم‌ها بوده است در برابر سایش بیش از حد است. امروزه با افزایش دانش تجربی، کشاورزان و دامپزشکان عملکردهای جدیدی بر روی نعل به منظور بهبود عملکرد و رفاه اسب‌ها پیاده کرده‌اند. سم نقش مهمی در حرکت اسب دارد زیرا عدم تعادل سم می‌تواند منجر به لنگ زدن حیوان شود. با پیرایش سم و نعل بندی می‌توان انحراف سم را به حداقل رساند. استفاده از نعل ارتوپدی می‌تواند کمک مفیدی به بهبود اختلالات سیستم اسکلتی عضلانی کند. با اصلاح سطح تماس یا توزیع فشار در زیر سم می‌توان ساختارهای آسیب دیده در اندام و سم اسب را تسکین داد. با این حال، با استفاده نعل‌های ارتوپدی که درحال حاضر در بازار وجود دارد، نمی‌توان به برخی از اسب‌ها کمک کرد. در این موارد، یک راه حل شخصی از محبوبیت بالایی برخوردار است. از زمان ساخت نعل فولادی، یعنی دو هزار سال پیش، از مواد مختلفی در اشکال گوناگون استفاده شد. نمونه‌هایی از نعل تخم مرغی فولادی، نعل پلاستیکی قورباغه‌ای و نعل‌های چوبی روانه بازار شدند. فناوری بهبود یافته باعث ایجاد ابزارهای اندازه گیری جدید با هدف ارزیابی تعادل سم و پراکندگی فشار شد. این توسعه بینش جدیدی از تکنیک‌های نعل بندی موجود ارائه می‌دهد. علاوه براین، ابزار اندازه گیری جدید به کار رفته در تحقیقات علمی منجر به توسعه علمی نعل‌های جدید و درک بهتر حرکت اسب شد. اخیرا گروهی از محققان دانشگاه اوترخت شامل دامپزشکان و مهندسان ایده نعل‌های طراحی شده با چاپ سه بعدی و ساخته شده از یک ترکیب پلاستیکی خاص را معرفی کردند. با اسکن سم‌ها به کمک اسکنر سه بعدی، نعلی که متناسب با ساختار سم اسب است، تولید می‌شود. همچنین ازطریق یک برنامه نرم افزاری می‌توان روی نعل تغییرات ارتوپدی انجام داد. این روش یک طراحی درمانی کاملا شخصی متناسب با شرایط سم هر اسب محسوب می‌شود. درمورد نعل‌های سه بعدی، بایستی اثرات آن را تا قبل از استفاده و یا معرفی به بازار مورد بررسی قرار داد. در اینجا دانشگاه اوترخت از شش اسب استفاده کرد. بررسی‌های جنبشی در دو چرخه نعل بندی با نعل سه بعدی سفارشی و نعل فولادی انجام شد. این پژوهش اثرات نعل پرینت سه بعدی سفارشی را بر پارامترهای جنبشی، ساختار سم و میزان سایش نعل درمقایسه با نعل فولادی مورد مطالعه قرار داده است. برای مشاهده اطلاعات زمینه‌ای در سطوح و چرخش‌های تشریحی، حرکت بیومکانیک، سینتیک، بیومکانیک سم و نعل اسب به ضمیمه ارائه شده در انتهای این پایان نامه کارشناسی ارشد مراجعه کنید.

این اولین مطالعه‌ای است که به بررسی اثرات نعل سه بعدی سفارشی اسب بر روی پارامترهای جنبشی می‌پردازد. نتایج حاصل از آن این فرضیه را تایید نمی‌کند که نعل‌های طراحی شده با چاپ سه‌بعدی هیچ‌گونه تاثیر بر جاذبه زمین ندارند. PVF با توده بدن اسب، سرعت و میزان نیرویی که اسب بر اندام وارد می‌کند متفاوت است. افزایش PVF و VI در هفته‌های T0 و T1 که از نعل سه‌بعدی استفاده شد می‌تواند نتیجه افزایش مقدار نیرویی باشد که اسب به اندامش وارد می‌کند و همچنین نشان می‌دهد که اسب در این حالت راحت تر است. بک و همکارانش در مطالعه خود در آن اسب‌های لنگ با ضد غیراستروئیدی (NSAIDs) تحت درمان قرار گرفتند، به PVF بالاتری دست یافتند و اینکه لنگیدن اسب پس از مصرف این داروها بهبود یافت و این امتیازی برای حمایت از این فرضیه آنها شد. این نظریه که توسط سلوجنت و همکارانش نیز پیشنهاد شد و در آن به بررسی پونی‌های معمولی و بزرگ با روش‌های قالب‌گیری، ترموپلاستیک، چسب روی قورباغه‌ای سم پرداخته شد، به مقادیر بالای PVF و VI در پونی‌هایی که نعل بندی شده بودند دست یافتند. طراحی شده با چاپ سه‌بعدی با نعل‌های فولادی که ازنظر شکل و جنس متفاوت هستند، مقایسه شدند. این امر باعث شد تا نتوان اثرات نعل سه‌بعدی بر GRF را به شکل یا جنس نعل‌ها در شرایط متفاوت نعل بندی نسبت داد. افزایش زمان صفر GRFy در نعل‌های سه بعدی سفارشی و درنتیجه کاهش توقف ناگهانی اندام دیستال می‌تواند منجر به "تحریک" کمتر اندام شود زیرا زمان لغزش کوتاه‌تر با نیروهای بالاتر در سیستم اسکلتی عضلانی ادغام می‌شود. tPVF, tPVF لیفت آف و PVF سرعت بار و بدون بار در اندام‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهند که در این مقاله تحقیقاتی محاسبه نشده است. ارزیابی نرخ بار و بدون بار در هر دو شرایط نعل بندی جالب توجه خواهد بود، همانطور که مشخص است افزایش نرخ بار می‌تواند باعث بروز آسیب‌هایی مانند استئوآرتریت به دلیل فشار بیشتر روی اندام‌ها شود. در اینجا روش قابل قبول فرود در هر دو روش نعل بندی و نقاط زمانی، پاشنه لترال بود که مطابق با یافته‌های مطالعات قبلی است.

این مطالعه اولین مطالعه‌ای بود که اثرات نعل سه بعدی سفارشی را بر پارامترهای جنبشی، ساختار سم و ویژگی‌های سایش آن درمقایسه با نعل‌های فولادی مورد بررسی قرار داد. افزایش PVF و VI نشان می‌دهد که اسب‌ها با نعل سه بعدی راحت‌تر راه می‌روند که می‌توان آن را به استفاده از محافظ پاشنه قورباغه ای و مواد پلاستیکی به کار رفته در نعل سه بعدی سفارشی نسبت داد. علاوه براین، با طولانی شدن زمان صفر GRFy توقف ناگهانی اندام‌ها کمتر است. پراکندگی فشار در نعل سه‌بعدی درمقایسه با نعل فولادی نیز همگن‌تر بود که می‌توان آن را با میزان سایش نعل‌های سه بعدی مطابقت داد که پراکندگی فشار در آنها درمقایسه با نعل فولادی یکنواخت تر بود. درنهایت، متغیرهای ساختار سم تعادل بیشتری در رشد سم (و/یا سایش) در نعل‌های سه بعدی را نسبت به نعل‌های فولادی نشان می‌دهند. استفاده از نعل سه بعدی سفارشی می‌تواند راه حل مناسبی برای اسب‌هایی باشد که نیاز به رویکرد شخصی براساس ساختار سم دارند. نتایج حاصل از این مطالعه به ضرورت تحقیقات بیشتر با هدف کشف مزایای نعل‌های طراحی شده با چاپ سه بعدی اشاره می‌کند.