En Alabama Teen 3D-Printed a Foot så att en sårad marin kunde snowboard

Under ett års tid gick 17-årige Ashley Kimbel från att vara en vanlig tonåring på Grissom High School i Alabama till en hjälte för en pensionär Marine. När den spirande ingenjören träffade Kendall Bane, en 26-årig som blev kritiskt skadad i Afghanistan, kunde hon inte ignorera hur hans funktionshinder lämnade honom oförmögen att snowboard och mountainbike utan att skada hans protes. Snabbt mastering av ett nytt 3D-modelleringsprogram byggde hon honom en ny fot som lät honom driva de aktiviteter han älskade.

Kimbel använde Siemens Solid Edge datorstödd designprogramvara för att skissera sin idé, anpassa den till Banes behov, 3D skriva ut sina modeller och montera den med hjälp av mestadels kolfiber från hennes skollabb.

"Jag älskade att göra det här", berättar hon Omvänd. "Jag älskade att använda Solid Edge och komma på jobbet så det kände inte som arbete eller ett projekt. Jag kom in och det var något roligt att göra, så hitta någonting kul som du är passionerad är det viktigaste."

Efter att ha gått i pension hade Bane funnit sig oförmögna att snowboard och mountainbike utan att trösta sig eller skada protesen. Han har ungefär ett halvt dussin olika typer av protesfotar vardera för olika aktiviteter, som en som kan pekas ut som en ballerinas fot för simning och en annan C-formad för sprintning. Men han hade svårt att hitta den perfekta balansen mellan styrka och vikt för sina två favorit utomhusaktiviteter.

"Jag har brutit flera fötter som försöker snowboard eller försöker cykla på dem", sa han. "Jag sa till min protesist att jag skulle vilja ha en fot som kunde överleva riktigt stor inverkan, men det han gav mig var väldigt tungt. Även om det är ett par pund tyngre än min vanliga fot, och det räcker att tröttna dig mycket under en dag."

Frustrerad, Bane diskuterade problemet med sin bror Devon, som just råkade vara en mentor för GreenpowerUSA, ett efterskoleprogram med fokus på elbilteknik som Kimbel deltog i. Devon satte de två i kontakt och resten är historia.

Kimbel började genom att nästan testa Banans ursprungliga protes, Versa Foot, en högeffektfod som vägde två och en halv kilo - lite för tung för att vara användbar. Denna digitala tvilling gjorde det möjligt för henne att finjustera den ursprungliga foten för att visualisera vilka delar som kunde skäras ner eller rakas bort för att minska vikten. I slutändan sänker Kimbells mönster vikten till bara mer än två pund.

Hon var tvungen att testa en handfull modeller innan hon och Bane bestämde att de hade något värt att testa fysiskt. Vid den tiden säger hon saker blev lite rörigt.

Hon 3D-tryckte gjutformen för den omarbetade protesen och började processen att fylla i med kolfiber, harts och ett högmotståndsmaterial som heter ultem, vilket används för att skapa flygplan och raketdelar. Men efter två misslyckade försök och en funktionsstörande tryckugn var Kimbel äntligen i stånd att kasta foten.

"Vi bestämde oss för att bara göra en våt uppläggning, vilket är när du sätter torr kolfiber mellan två plastplastar som du häller hartset på det," sa hon. "Det är väldigt vått och klibbigt och ganska grovt, men det visade sig bra."

Efter att ha fästat foten på en rostfritt stålpylon som skulle tillåta Bane att enkelt byta ut foten var det dags att testa. De första ögonblicken var nervös för Kimbel, som var rädd att något skulle kunna snäppa eller bryta loss och orsaka att Bane skulle resa eller falla. Men efter ett lugnt gångtest och ett mer intensivt körprov hade hennes konstruktion visat sig vara robust nog för att låta Bane börja snowboard och mountainbike igen.

Som någon bra ingenjör säger Kimbel att det finns utrymme för förbättringar. Hon önskade ursprungligen att den omdesignade foten skulle ligga nära 1,7 pund, vilket hon anser är fortfarande möjlig genom att sätta ned på några ställen, som toppen av foten, och byta in den inre kolven för en lättare komponent. Men för närvarande finns det inga planer för en andra version, och Bane är nöjd med resultatet.

Kimbel börjar sitt första år av college snart vid University of Alabama i Birmingham, där hon hoppas att kombinera sin kärlek till medicin med sin nyfunna passion för teknik. Men istället för protetik vill hon ta de färdigheter hon lärde sig från GreenpowerUSA för att specialisera sig i något ännu mer nyskapande.

"Jag vet inte om att göra proteser, men jag vill definitivt inkludera biomedicinsk teknik och 3D-utskrift i min framtida karriär", sa Kimbel. "Att vara i framkant av medicin, kanske 3D-skrivna organ - jag tycker att det är riktigt coolt och var jag syftar till att gå."