Proces produkcji nieprzywierających modeli super-miękkich fałdów głosowych

Podsumowanie

To badanie demonstruje produkcję modeli nielepiących się i super miękkich fałdów głosowych poprzez wprowadzenie specyficznego sposobu tworzenia warstw fałdów głosowych, dostarczając szczegółowego opisu procedury produkcyjnej i charakteryzując właściwości modeli.

Streszczenie

To badanie ma na celu opracowanie super miękkich, nieklejących się modeli fałdów głosowych do badań nad głosem. Konwencjonalny proces produkcji modeli fałdów głosowych na bazie silikonu skutkuje powstawaniem modeli o niepożądanych właściwościach, takich jak lepkość i problemy z odtwarzalnością. Te modele fałdów głosowych są podatne na szybkie starzenie się, co prowadzi do słabej porównywalności między różnymi pomiarami. W tym badaniu proponujemy modyfikację procesu produkcyjnego poprzez zmianę kolejności nakładania warstw materiału silikonowego, co prowadzi do produkcji nieklejących się i wysoce spójnych modeli fałdów głosowych. Porównujemy również model wykonany tą metodą z konwencjonalnie wytwarzanym modelem fałdów głosowych, na który niekorzystnie wpływa jego lepka powierzchnia. Szczegółowo opisujemy proces produkcyjny i charakteryzujemy właściwości modeli pod kątem potencjalnych zastosowań. Wyniki badania pokazują skuteczność zmodyfikowanej metody wytwarzania, podkreślając doskonałe właściwości naszych nieklejących się modeli fałdów głosowych. Odkrycia przyczyniają się do opracowania realistycznych i wiarygodnych modeli fałdów głosowych do zastosowań badawczych i klinicznych.

Wprowadzenie

Modele fałdowania głosowego są używane do symulacji i badania produkcji ludzkiego głosu w normalnych i patologicznych warunkach^1,2. Jednym z największych wyzwań w tworzeniu modeli fałdów głosowych jest osiągnięcie realistycznej miękkości i elastyczności, które są bardzo zbliżone do ludzkich. Aby osiągnąć te właściwości, często stosuje się elastomery silikonowe, które rozcieńcza się dużymi ilościami oleju silikonowego w celu uzyskania odpowiednich modułów sprężystości^3,4. Innym kluczowym czynnikiem w tworzeniu realistycznych modeli fałdów głosowych jest nakładanie warstw, ponieważ fałdy głosowe składają się z wielu warstw o różnej miękkości, które określają wzór wibracji wywołanych przepływem i częstotliwość, przy której wibracje są możliwe.

W tym badaniu stworzyliśmy typowy model fałdowania głosowego. Użyliśmy wspólnej geometrii dostarczonej przez Scherer⁵, która reprezentuje typowe wymiary męskich fałdów głosowych o długości 17 mm zgodnie z Zhang⁶ i składa się z trzech warstw: jednej warstwy dla mięśnia wokalnego (warstwa ciała), jednej dla całej warstwy błony śluzowej (warstwa okładkowa) i jednej dla nabłonka. Strukturę tę można zobaczyć w widoku przekroju koronalnego w Rysunek 1.

Rysunek 1: Przekrój koronalny modułów krtani. Przekrój koronalny modułów krtani obrazujący najszerszą szerokość fałdów głosowych (8,5 mm). Każdy fałd głosowy składa się z warstwy ciała, warstwy wierzchniej i warstwy nabłonka. Ten rysunek został zmodyfikowany z¹³. Przedruk z Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Wpływ falistych ścian tchawicy na ciśnienie początku oscylacji silikonowych fałdów głosowych. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) za zgodą Acoustical Society of America. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Inne publikacje używają częściowo tylko jednej warstwy⁷, dwie warstwy bez warstwy nabłonka² lub modeluj błonę śluzową za pomocą wielu warstw³. Zazwyczaj warstwy są wylewane od wewnątrz na zewnątrz, tj. zaczynając od najgłębszej warstwy. Nabłonek, który jest bardzo cienki o grubości 30 μm, jest odlewany na końcu na całe ciało, aby otoczyć je mocną powłoką⁸.

Warstwa pokryciowa w modelu jest najmiększą częścią, z modułem Younga około 1,1 kPa⁹. Dla warstwy ciała przybliżony moduł Younga w kierunku poprzecznym przy użyciu pomiarów in vitro¹⁰ wynosi 2 kPa. In vivo moduł Younga mięśnia tarczycy może być wyższy ze względu na obecność włókien w kierunku podłużnym, a także możliwe napięcie mięśnia. Aby osiągnąć ten wyjątkowo niski moduł Younga, konieczne jest dodanie dużej ilości oleju silikonowego do mieszanki silikonowej (około 72%). Jednak producent zdecydowanie odradza stosowanie oleju o proporcji większej niż 5%. Ogólnie rzecz biorąc, dodanie oleju silikonowego do elastomeru ma na celu zwiększenie przepływu i czasu kapania, a także zmniejszenie skurczu utwardzonego polimeru silikonowego. Pomaga silikonowi utwardzać się bardziej równomiernie, zmniejszając w ten sposób naprężenia w materiale. Jego celem jest optymalizacja formowalności i właściwości utwardzonego materiału, a nie zwiększenie jego miękkości, choć to też jest konsekwencją. Dzieje się tak, ponieważ olej silikonowy jest chemicznie obojętny, co oznacza, że nie może sam polimeryzować i nie jest zintegrowany z siecią polimeru silikonowego¹¹. Zamiast tego pozostaje jako faza ciekła w matrycy polimerowej, osłabiając strukturę polimeru na wyższych poziomach i potencjalnie powodując jego rozpuszczenie w utwardzonym materiale i przyleganie do powierzchni. W rezultacie możliwe są inne negatywne właściwości, takie jak zaburzenia utwardzania, nierównomierna wulkanizacja, skurcz chemiczny i kruchość. Modele fałdów głosowych o wysokiej zawartości oleju silikonowego zostały zbadane pod kątem starzenia się i odtwarzalności, i stwierdzono, że istnieje duża zmienność właściwości różnych modeli i zmiana ich właściwości w czasie¹¹.

Podczas tworzenia modeli fałdów głosowych w konwencjonalny sposób^7,12, lepkość warstwy nabłonkowej może być problemem, ponieważ może wpływać na jednorodność wibracji i prowadzić do pęknięcia nabłonka. Chociaż silikon użyty do wytworzenia nabłonka jest nierozcieńczony, można założyć, że olej, który wycieka z sąsiedniej warstwy błony śluzowej, ma podobny wpływ na silikon, jakby był rozcieńczony. Problem lepkości został rozwiązany poprzez dodanie różnych proszków, takich jak talk lub proszek węglowy, jako warstwy pośredniej między błoną śluzową a warstwą nabłonkową¹². Takie podejście mogło być skuteczne, ponieważ olej był częściowo wchłaniany przez proszek, w wyniku czego można było zmniejszyć lepkość powierzchni nabłonka.

W tej publikacji pokazujemy, że problem lepkości można obejść poprzez niewielką modyfikację procesu wytwarzania fałdów głosowych. Zmieniając kolejność warstw i zaczynając od nierozcieńczonego silikonu nabłonkowego (tzw. silikonu zamkniętego), można uzyskać nieklejące się, super miękkie modele fałdów głosowych. Zmiana ta dotyczy nietypowych rodzajów form i metod, które najlepiej przedstawić i wyjaśnić w formie filmu. W tym artykule szczegółowo opisujemy nasz proces produkcyjny i pokazujemy, w jaki sposób można scharakteryzować właściwości modeli fałdów głosowych w aplikacji.

Protokół

1. Projektowanie modeli fałd głosowych i druk 3D części

1. Stwórz wielowarstwową reprezentację typowej geometrii M5 silikonowych fałdów głosowych przy użyciu różnych miękkich materiałów silikonowych. Projektuj poszczególne części za pomocą oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Aby uzyskać szczegółowe informacje, sprawdź Dodatkowy plik kodowania 1, Uzupełniający plik kodowania 2, Uzupełniający plik kodowania 3, Uzupełniający plik kodowania 4, Uzupełniający plik kodowania 5, Uzupełniający plik kodowania 6, Uzupełniający plik kodowania 7, Uzupełniający plik kodowania 8, Aby uzyskać szczegółowe informacje. Pliki są nazwane zgodnie z ich funkcją w modelu i służą jako podstawa dla kolejnych kroków.
2. Skompiluj i uporządkuj pliki niezbędne do każdego kroku w kroku 2. Zapoznaj się z wykazem wymaganych części i ich ilości na rysunku uzupełniającym 1. Zobacz schematyczne przedstawienie montażu formy na rysunku uzupełniającym 2.
3. Załaduj pliki STL do programu do drukowania 3D, aby wygenerować pliki G-code, które mogą być odczytane przez drukarkę 3D.
4. Przygotuj materiały (patrz Tabela materiałów) do druku 3D.
   1. W przypadku dodatkowego pliku kodowania 2 i dodatkowego pliku kodowania 5 należy użyć materiału, który powoduje mniej widoczne linie warstw, takiego jak kwas polimlekowy (PLA+) lub PC.
   2. W przypadku dodatkowego pliku kodowania 1 należy użyć twardszego materiału, takiego jak twardy PLA lub glikol z politereftalanu etylenu (PETG) ze względu na jego podatność na naprężenia zginające. Do pozostałych części nie mają zastosowania żadne dalsze ograniczenia co do wyboru materiału do druku.
5. Dostosuj ustawienia oprogramowania do drukowania 3D dla odpowiedniej wybranej drukarki 3D.
   1. W przypadku Dodatkowego pliku kodowania 2 i Dodatkowego pliku kodowania 5 ustaw maksymalną wysokość warstwy na 0,1 mm.
   2. W przypadku dodatkowego pliku kodowania 1 ustaw wartość wypełnienia na 100%, a wzór wydruku na Zygzak, aby uzyskać lepszą stabilność. Ustaw również kategorię przyczepności platformy roboczej na Spódnica zamiast Rondo, ponieważ geometria części znacznie utrudniłaby usunięcie ronda.
   3. W przypadku pozostałych elementów należy użyć ustawień domyślnych i wysokości warstw wynoszącej 0,2 mm.
6. Wydrukuj wymienione części na drukarce 3D. Oczyść części i usuń nadmiar materiału, taki jak brzeg lub błędy drukowania. Wygładź wewnętrzne powierzchnie styku papierem ściernym (równym lub drobniejszym niż zalecany P1000).

2. Produkcja modeli fałdów głosowych

1. Zbierz następujące części i materiały do stworzenia warstwy ciała: fałd głosowy-pozytywny (2x), vocalis_mold-czapka, vocalis_mold-główna-część, vocalis_mold-kadłub, główny silikon, środek antyadhezyjny i rozcieńczalnik (szczegóły w Tabeli materiałów).
   1. Nałóż trochę środka antyadhezyjnego na wewnętrzne powierzchnie wszystkich części formy.
   2. Zamontuj główną część i nasadkę formy na pozytywie i umieść opakowanie formy w wyznaczonym garnku. W razie potrzeby skoryguj wyrównanie dwóch części formy. Upewnij się, że otwór w dodatnim biegunie umożliwia wylanie silikonowych powierzchni do góry, a forma ma stabilną podstawę na płaskiej powierzchni.
   3. Stwórz mieszaninę silikonu pierwotnego z trzema częściami rozcieńczalnika (1:1:3), zacznij od połączenia składnika A z rozcieńczalnikiem, a następnie dodaj składnik B. Dokładnie wymieszaj składniki. Łączna ilość 6 g mieszanki silikonowej wystarcza do wylania warstwy ciała z dwóch połówek fałdu głosowego.
   4. Odkurz mieszaninę silikonu w komorze próżniowej pod ciśnieniem co najmniej -1 bara, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków powietrza w utwardzonym korpusie silikonowym.
   5. Ostrożnie wlej odkurzoną mieszaninę silikonu do wnęki formy, aż pojawi się jako wypełniona. Wypełnij otaczające obszary garnka formy, aby zapobiec zapadaniu się bardzo cienkiej mieszanki silikonu przez połączenia formy. Sprawdź poziom silikonu w czasie kapania i dodaj więcej, jeśli to konieczne. Czas kapania tej mieszanki wynosi od 1 do 2 godzin.
   6. Po czasie utwardzania około 1 dnia, ale co najmniej 8 godzin, wyjmij pleśń, w tym pozytyw, z garnka. Usuń silikon między foremką a garnkiem przed otwarciem formy.
   7. Otwierając formę, najpierw ostrożnie zdejmij pokrywkę, zaczynając od tyłu pozytywu. Następnie usuń główny korpus formy. Ostrożnie usuń nadmiar silikonu za pomocą skalpela lub bocznego noża.
2. Przygotuj musosa_mold-back, musosa_mold-główną część i musosa_mold-kadłuba, a także wtórny silikon i środek antyadhezyjny do wytworzenia warstwy nabłonka. (Patrz tabela materiałów).
   UWAGA: Kroki 2.1 i 2.2 (warstwa ciała i nabłonka) można wykonać jednocześnie.
   1. Zmontuj dwie części formy i umieść je w kadłubie. Przygotuj wnętrze formy z odrobiną środka antyadhezyjnego, upewniając się, że wewnętrzne ścianki są pokryte zgodnie z instrukcją użycia odpowiedniego środka antyadhezyjnego. Przed kontynuowaniem pozostaw element do krótkiego wyschnięcia na powietrzu.
   2. Wymieszaj partię silikonu wtórnego bez użycia rozcieńczalnika (1:1:0). Jeżeli podczas mieszania do mieszaniny silikonowej zostały wprowadzone pęcherzyki powietrza, należy odgazować mieszaninę jak w kroku 2.1.4.
      UWAGA: Należy pamiętać o krótkim czasie kapania tej mieszanki, który wynosi około 15 minut.
   3. Wlej trochę mieszanki do formy i obracaj nią (pozostawiając formę w kadłubie), aż wszystkie powierzchnie wewnętrzne zostaną pokryte silikonem.
   4. Odwróć formę i pozwól, aby nadmiar silikonu spłynął. Zabezpiecz formę w tej pozycji nad siatką, rusztem lub pod kątem, który umożliwia dalszy drenaż silikonu.
   5. Zapobiegaj tworzeniu się nawisów w silikonie podczas procesu utwardzania, regularnie go wygładzając, szczególnie w obszarze, w którym będzie znajdował się kanał powietrzny.
      UWAGA: Można je również ostrożnie usunąć później za pomocą szczypiec.
3. Przygotuj się do wytworzenia warstwy pośredniej błony śluzowej, przygotowując pozytyw z warstwą silikonu vocalis z kroku 2.1, formę przygotowaną z warstwą nabłonka z kroku 2.2 oraz silikon i rozcieńczalnik zgodnie z tabelą materiałów.
   1. Stwórz mieszaninę silikonu pierwotnego z pięcioma częściami rozcieńczalnika (1:1:5), zacznij od połączenia składnika A z rozcieńczalnikiem, a następnie dodaj składnik B. Dokładnie wymieszaj składniki. Wystarcza łącznie 4 g mieszanki silikonowej.
   2. Odkurzyć mieszaninę silikonu w komorze próżniowej, jak w kroku 2.1.4.
   3. Wlej porcję mieszanki silikonu do formy błony śluzowej przygotowanym silikonem nabłonkowym. Przechyl formę, aż wszystkie wewnętrzne powierzchnie silikonu nabłonkowego zostaną pokryte cienką warstwą oleju, aby ułatwić włożenie pozytywu.
      UWAGA: Opcjonalnie: Ze względu na dużą zawartość rozcieńczalnika mieszanina ma długi, kilkugodzinny czas kapania, podczas którego mieszanina może się skurczyć w wyniku odparowania. Dlatego odczekaj około 2-3 godzin przed przystąpieniem do kolejnych kroków.
   4. Ostrożnie włóż pozytyw z korpusem wokalnym do formy. Zabezpiecz pozytyw w formie, na przykład za pomocą zacisku, jeśli dodatni unosi się na silikonie. W zależności od ilości wcześniej dodanego silikonu, może on ulatniać się w punktach napełniania.
   5. Wypełnij formę w taki sam sposób, jak w przypadku odlewu warstwy wokalnej i odpowiednio uzupełnij, jeśli materiał tonie.
   6. Odczekaj 24 godziny po zakończeniu czasu kapania, aby silikon całkowicie się utwardził.
   7. Po 24 godzinach wyjmij korpus z formy. Najpierw usuń pleśń ze skorupy. Następnie, zaczynając od tylnej sekcji, otwórz formę i usuń również główną część formy.
   8. Ostrożnie usuń nadmiar silikonu, umyj powierzchnię i pozostaw ciało do wyschnięcia.
4. Zamontuj dwie połówki fałdu głosowego w wyznaczonych miejscach na module pomiarowo-montażowym w Dodatkowym pliku kodowania 8. Połączenie zostało zaprojektowane dla dwóch M3 i nakrętek kwadratowych M3 (DIN 562), ale nie są one obowiązkowe.

Wyniki

Sfabrykowany model fałdowania głosowego został zintegrowany z zestawem pomiarowym przedstawionym na rysunku uzupełniającym 3 w pozycji fałdów głosowych. Konfiguracja, szczegółowo opisana w poprzedniej publikacji¹³, składa się z wielostopniowego, kontrolowanego źródła przepływu powietrza, które stymuluje modele fałdów głosowych do oscylacji, wraz z szeregiem przyrządów pomiarowych, które rejestrują dane, takie jak ciśnienie akustyczne, ciśnienie statyczne w określonych pozycjach i prędkość głośności. W przypadku pomiarów przepływ powietrza stopniowo zwiększał się, aż model fałdu głosowego zaczął oscylować. Następnie ciśnienie powietrza zostało podniesione o 200 Pa powyżej ciśnienia początkowego, aby uzyskać stabilną i solidną oscylację. Dodano dodatkową szybką kamerę, którą umieszczono nad modelem traktu głosowego, rejestrując ruchy oscylacji fałdów głosowych z maksymalną liczbą klatek na sekundę wynoszącą 2304 klatki na sekundę.

Lampa zintegrowana z płucem emituje światło przez przewód podkrtaniowy, powodując, że głośnia staje się biała. Rysunek 2 przedstawia dwie serie obrazów oscylacji, z których każda składa się z sześciu klatek, ilustrujących typowy cykl zamykania-otwierania-zamykania. Górny wiersz (Rysunek 2A) pokazuje oscylacje fałdów głosowych wytworzonych przy użyciu prezentowanej metody, podczas gdy dolny rząd (Rysunek 2B) pokazuje skrajny przykład konwencjonalnego modelu fałdowania głosowego, stworzonego podczas prac wstępnych¹³, niezdolnego do generowania stabilnych oscylacji ze względu na swoją lepką powierzchnię. W przypadku tych ostatnich lepkość powierzchni powoduje, że głośnia otwiera się najpierw na przednim i tylnym końcu, a część środkowa otwiera się później. Powierzchnia modelu jest już lekko uszkodzona w określonym miejscu z powodu przyczepności.

Rysunek 2: Sekwencja pojedynczych klatek uchwyconych przez szybką kamerę. Sekwencja pojedynczych klatek uchwyconych przez szybką kamerę, ukazująca cykl wibracji fałdów głosowych zamknij-otwórz-zamknij. (A) Fałdy głosowe wytworzone przy użyciu prezentowanej metody. (B) Wibracja konwencjonalnego modelu fałdu głosowego o lepkiej powierzchni. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3 i Rysunek 4 pokazuje funkcje czasowe obszaru krtaniowego proponowanego modelu i konwencjonalnego (lepkiego) modelu, odpowiednio. Przebieg powierzchniowy (lewa część na każdej z rysunków) został obliczony za pomocą oprogramowania GlottalImageExplorer class¹⁴ z dostępnych sekwencji obrazów. Prawe części rysunków pokazują widma wielkości funkcji czasu, aby wskazać ich stopień okresowości. Częstotliwość podstawowa została wyodrębniona z funkcji czasu za pomocą oprogramowania Praat¹⁵. Z Rysunek 3 jasno wynika, że proponowany model fałdowania głosowego wykazuje stabilną oscylację w wybranym czasie, co umożliwia dokładne obliczenie częstotliwości podstawowej. Natomiast Rysunek 4 przedstawia nietypową i chaotyczną funkcję obszaru krtaniowego z niespójnymi minimami i maksimami, wraz z różnymi artefaktami. Wyodrębnienie częstotliwości podstawowej staje się w tym scenariuszu trudne lub nawet niewykonalne.

Rysunek 3: Przebieg obszarowy dla modelu fałdowania głosowego wykonany przy użyciu przedstawionej metody. Reprezentacja kształtu fali obszarowej uzyskanej z danych obrazu z kamery o dużej prędkości za pomocą (A) GlottalImageExplorer, a także (B) uzyskanego widma wielkości dla modelu fałdowania głosowego wytworzonego przy użyciu przedstawionej metody. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Kształt fali obszarowej dla modelu fałdu wokalnego z lepką powierzchnią. Reprezentacja kształtu fali obszarowej uzyskanej z danych obrazu z kamery o dużej prędkości za pomocą (A) GlottalImageExplorer, a także (B) widma wielkości przy użyciu konwencjonalnego modelu fałdowania głosowego z lepką powierzchnią. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek uzupełniający 1: Lista niezbędnych komponentów do produkcji połowy fałdu głosowego. Lista niezbędnych elementów do produkcji połowy fałdu głosowego. 1 - Konstrukcje wsporcze dla jednej połowy fałdu głosowego, 2a-c - Elementy formy do tworzenia warstwy ciała, 3a-c - Elementy formy do tworzenia warstwy okładki, 4 - Konstrukcje wsporcze do mocowania. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Rysunek uzupełniający 2: Schematyczne przedstawienie montażu formy. Schematyczne przedstawienie montażu formy. Po lewej - Forma do tworzenia warstwy ciała, Po prawej - Forma do tworzenia warstwy wierzchniej. Etykiety odpowiadają liście części w Uzupełnieniu Rysunek 1. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Rysunek uzupełniający 3: Kompletna konfiguracja systemu pomiarowego. Kompletna konfiguracja systemu pomiarowego. Ten rysunek został zmodyfikowany z¹³. Przedruk z Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. Wpływ falistych ścian tchawicy na ciśnienie początku oscylacji silikonowych fałdów głosowych. J Acoust Soc Am.149 (1), 466-475 (2021) za zgodą Acoustical Society of America. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 1: Struktury podporowe dla jednej połowy fałdu głosowego. To jest plik do produkcji pozytywnego fałdu głosowego. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 2: Komponent formy 1 do tworzenia warstwy ciała. Jest to plik do wytworzenia vocalis_mold-głównej-części. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 3: Komponent formy 2 do tworzenia warstwy ciała. To jest plik do wytworzenia vocalis_mold-cap. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 4: Kadłub formy do tworzenia warstwy ciała, aby uniknąć wycieku silikonu. To jest plik do produkcji vocalis_mold-kadłuba. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 5: Komponent formy 1 do tworzenia warstwy wierzchniej. To jest plik do wytworzenia mucosa_mold-głównej-części. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 6: Komponent formy 2 do tworzenia warstwy wierzchniej. To jest plik do wytworzenia mucosa_mold-back. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowe kodowanie Plik 7: Formowanie kadłuba do tworzenia warstwy wierzchniej, aby uniknąć wycieku silikonu. To jest plik do produkcji mucosa_mold-hull. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dodatkowy plik kodowania 8: Struktury podporowe do mocowania połówek fałdu głosowego. Jest to plik do produkcji adaptera do pomiaru ciśnienia. Konstrukcje wsporcze do mocowania połówek fałdu głosowego, w tym kran do pomiaru ciśnienia. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Przedstawiony tutaj proces produkcyjny obejmuje kluczowe etapy, które znacząco wpływają na jego sukces. Po pierwsze, należy zauważyć, że przedstawiony proces produkcyjny nie rozwiązuje problemu nasycenia olejem w materiale ciała fałdu głosowego, ale raczej omija pewne negatywne skutki uboczne. Odgazowanie i związane z nim kurczenie się oraz falistość powierzchni nadal się utrzymują, choć w mniejszym stopniu. Rozwiązaniem tych problemów byłoby zastosowanie ultramiękkiego silikonu lub alternatywnego materiału, który łączy moduł sprężystości prawdziwych fałdów głosowych ze stabilną i trwałą strukturą polimerową. Brak takiego materiału uwypukla jednak utrzymujące się ograniczenia w osiągnięciu kompleksowego rozwiązania tych kwestii.

Proces produkcyjny jest nieco bardziej złożony niż konwencjonalne metody produkcji modeli fałd głosowych składających się z dwóch połówek, ponieważ obejmuje więcej komponentów, a zwykłe podejście do montażu na lewą stronę nie ma tutaj zastosowania. Nieodłącznymi zaletami są zintegrowane zabezpieczenie przed przepełnieniem, które ułatwia pracę z silnie rozcieńczonym silikonem, a także możliwość lepszej obserwacji i reagowania na poziom napełnienia i potencjalne powstawanie pęcherzyków podczas procesu utwardzania. Jest to pomocne, gdy dąży się do zminimalizowania wywołanych produkcją różnic we właściwościach modeli w małej serii wyprodukowanych z tych samych mieszanek silikonowych. Ponadto zmniejsza wskaźnik odrzutów.

W porównaniu z konwencjonalnym modelowaniem fałdów głosowych, prezentowana technika oferuje wyraźne zalety. Dzięki nagraniom wideo obszaru krtaniowego podczas oscylacji wykazano, że lepkość powierzchni fałdu głosowego może zostać zmniejszona. W rezultacie można było generować stabilne oscylacje wywołane przepływem, a czyste, wolne od artefaktów dane dotyczące przebiegów można było uzyskać z obrazów bez potrzeby stosowania środków pomocniczych, takich jak talk w proszku lub pranie przed pomiarem. Podczas gdy prezentowany model konwencjonalny (jako odniesienie) jest skrajnym przykładem, lepkość jest jednak problemem dla pomiarów i ryzykiem dla delikatnej, cienkiej warstwy nabłonka. Przedstawione rozwiązanie inżynieryjne może obejść ten problem i przyczynić się do uzyskania bardziej wiarygodnych i powtarzalnych wyników.

Patrząc w przyszłość, zmodyfikowany proces produkcyjny jest obiecujący dla różnych zastosowań. Przydatność tej techniki do produkcji humanoidalnych robotów lub aparatów mowy z ludzkimi traktami głosowymi¹⁶ otwiera możliwości postępu w dziedzinie sztucznej inteligencji i robotyki. Co więcej, jego zastosowanie w podstawowych badaniach nad generowaniem mowy i produkcją głosu ^6,17 oznacza jego potencjalny wkład w szersze środowisko naukowe.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Drukarka 3D	ULTIMAKER		Typ S5
Oprogramowanie do druku 3D	ULTIMAKER CURA		Wersja 5.2.2
Oprogramowanie CAD	Autodesk Inventor		Wersja 2023
Szybka kamera	XIMEA GmbH		MQ013CG-ON
PLA+ Drukarka 3D Materiał	eSun	brak	biały
Silikon pierwotny	KauPo Plankenhorn	09301-005-000041	EcoFlex 00-30
Środek antyadhezyjny	KauPo Plankenhorn	09291-006-000001	UTS Uniwersalny
silikon wtórny	KauPo Plankenhorn	09301-005-000181	DragonSkin NV10
Rozcieńczalnik silikonowy	KauPo Plankenhorn	09301-010-000002
Materiał drukarki 3D Tougth PLA	BASF