文|博弈觀史
編輯|博弈觀史
在過去的二十年中，接觸性運動和極限運動的受歡迎程度呈指數級增長，儘管與這些運動相關的受傷風險增加，三分之一的面部損傷是由體育活動引起的，其中50%是口腔或牙科造成的。
減震能力可以廣義地定義為傳遞到護齒下方表面的衝擊能量或力的減少，對於落球研究，這通常是根據撞擊器的回彈高度計算得出的，或者，將力感測器放置在護齒材料下方，並將已知的力施加到材料的頂部。
護齒材料具有很強的延展性，在常見的運動衝擊下不會屈服，所以，護齒器研究通常側重於衝擊能量的相對減少，而不是特定的失效力，然而，重要的是要了解嵌入式電子設備可能產生的典型衝擊引起的力範圍。
護齒器，乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）由於其可成型性，易於操作和減震能力，是護齒器製造中最常用的材料，選擇了14個透明的專業形狀軟EVA真空成型盤，以方便識別EVA下的故障組件，圓盤直徑為120毫米，厚度為1.5毫米，真空成型工藝用於製造護齒器，並結合80-120°C範圍內的加熱溫度.35將圓盤加熱1.5分鐘。
在此期間它們變得明顯更加流動和粘稠，然後將它們壓在模型上並施加真空，每個護齒器的成型間隔為10分鐘，以便冷卻EVA以實現一致的成型，28 測試了從 1.5 到 6 mm（預成型）的護齒器厚度。
嵌入式電子，護齒器可以配備各種不同的電子元件，具有不同的功能和物理規格，EVA材料充當電子設備和環境之間的物理屏障，集成電氣元件的機械應力引起的故障在球齒護齒器碰撞的情況下尤為重要。
電子元件的結構故障通常意味著功能故障，在大多數情況下，影響發生的時間可能是最相關的測量期，因此，受衝擊的電子元件的可靠性是一個重要的設計標準。
通孔 LED 是通過將小型電子組件灌封到固體化合物中來製造的，LED被選為衝擊測試的代表性電氣元件，因為該元件的材料特性相對均勻，幾何形狀簡單，應用基礎廣泛，易於檢測故障模式，選擇了金亮生產的矩形LED，採用環氧樹脂灌封化合物（尺寸：7毫米×5毫米×2毫米）。
組件的矩形形狀確保了測試過程中方向的可重複性，矩形形狀是電氣組件經常出現的形狀，由於LED透鏡的半透明性質，可以很容易地觀察到裂紋擴展，並使用一個簡單的電路來衡量組件的性能/功能是否受到衝擊的影響。
實驗性 LED 嵌入條件，測試了七種不同的嵌入條件，其中EVA的厚度和LED位置相對於牙管的垂直偏移是不同的。
就LED相對於牙膏的垂直偏移而言，測試了模型A的0和3.5 mm懸垂，LED放置在門牙的中央，在模型B上沒有偏移，因為這是運動相關牙齒創傷的最常見位置，就 EVA 厚度而言，對於型號 A 和 B，LED 兩側的厚度分別為 3.4 和 7 mm，選擇這些厚度是因為它們是護齒器製造中常用的厚度。
牙齒表面一致性研究，通過將 LED 組件放置在與牙膏模型垂直偏移 3.5 mm 處來測試不均勻表面一致性的影響，這種偏移放置旨在捕捉智能護齒器內最壞情況組件放置的影響。
因為預計這種懸臂區域會出現高應力集中，放置在牙科模型 A 中央的 LED代表了最平坦的表面，並且如前所述，在衝擊測試中保持「完整」，安裝在具有最極端一致性的表面上的 LED 在最低 F 下失效失敗不出所料。
模型 B 提供了更真實的表面一致性表示，在這種配置下，LED 已被證明可以承受更高的實驗 F失敗，與最極端的情況相比，它們也表現出更複雜的骨折模式。
而且，模型B上的薄EVA保護並沒有改善LED組件的結果，而先前顯示的薄EVA保護可以改善F，失敗適用於安裝在 A 型上具有最極端一致性的表面上的 LED。
這裡使用有限元模型來測試表面一致性對 LED 在衝擊下的應力集中的影響，測試了兩種條件：（i） 安裝在 EVA 外殼上的 LED，總厚度為 1.5 毫米，由 B 型模製而成，以及 （ii） 安裝在 EVA 塊上的 LED，其平整表面由 B 型模製而成。
對於EVA外殼的情況，在LED和EVA界面處觀察到由撞擊引起的最大主應力為145 MPa，在0.57 ms處，對於EVA塊的情況，在LED-EVA介面右下角119.5 ms處觀察到由撞擊引起的最大主應力為0.38 MPa。
與在塊上形成的條件相比，安裝在EVA外殼上的LED的應力集中更加局部，這是因為殼體提供的接觸面積比塊EVA提供的接觸面積小得多，因此會產生壓力點併產生明顯更大的應力。
- 安裝在總厚度為1.5毫米的EVA外殼上的LED的衝擊模擬，0.57 ms變形配置中LED的主應力分布，在LED和EVA的界面處觀察到的最大主應力為145 MPa。（b）安裝在最小厚度為1.5毫米的EVA塊上的LED的衝擊模擬，0.38 ms變形配置中LED的主應力分布，最大主應力為 119.5 MPa，位於 LED-EVA 介面的右下角。
護齒器厚度，護齒器的厚度是關鍵，因為減震能力直接取決於護齒材料的厚度，根據運動牙科學院的說法，「正確安裝的護齒器」應「覆蓋和保護牙弓中的牙齒和周圍組織」，並且「咬合和唇部區域至少有 3 毫米的厚度」。
EVA護齒材料的最佳厚度約為4毫米，其中厚度的進一步增加略微改善了減震性，但這也降低了用戶舒適度，增加了言語限制和對呼吸效率的干擾，保護研究的結果表明，兩層3毫米EVA片充分保護了LED的照明，預成型厚度可達6毫米，成型後平均厚度為3.12毫米，通過添加嵌入式電子設備，這可能會導致後成型後的護齒器厚度在 5 到 6 毫米之間。
雖然這種厚度可以確保LED的功能（所有完整的LED都經過電氣測試，並驗證其功能），但它可能會損害佩戴者的舒適度，進一步測試了將一層EVA放置在LED前面或後面的測試，這些結果包含在補充材料中，因為在考慮EVA厚度和組件位置的設計優化時，這可能會引起人們的興趣。
需要注意的是，對於衝擊等級較低且電氣設計更複雜的電氣組件（例如加速度計和陀螺儀）的操作故障，不能直接推斷這一發現，加速度計和陀螺儀中典型的電子封裝材料的實驗報告顯示，楊氏模量高於本研究中使用的灌封樹脂。
因此，就包裝的機械完整性而言，可以假設此類部件將具有更高的失效力，圍繞此類感測器組件的研究主要集中在信號靈敏度上，因為此類感測器中的精密機械組件對振動雜訊非常敏感。
就此類感測器在現場場景中的實際降噪而言，可能需要嚴格的信號處理和人工智慧，電力系統的保護也是智能護齒器發展的主要關注點，EVA是一種絕緣體，重要的是要注意，即使LED組件發生故障，EVA層也不會刺穿。
最近使用鎂電極鋰電池的創新顯示出即使在損壞時也能提供安全性和操作穩定性的前景，37因此可以設計出能夠承受口腔中高水平衝擊的安全電路。
從一致性研究中，值得一提的是，通過實驗將EVA厚度增加到1.5毫米並沒有改變模型B上LED的結果，這可能是由於兩個因素，首先，安裝LED的表面的一致性以及EVA後成型的變薄意味著它不能為LED提供足夠的保護，現在將進一步詳細討論每個因素。
定製的護齒器通過真空成型或壓力成型製成，真空成型工藝在工業中更常用，因為它易於製造和降低成本，表面一致性計算研究結果表明，當電氣元件放置在表面一致性與真實牙齒幾何形狀相似的表面上時，更容易損壞。
而牙齒幾何形狀上的平整EVA層可以減少組件內應力集中的發生，基於這項研究的結果，壓力成型製造工藝可能有利於未來的智能護齒器設計。
據廣泛報道，EVA習慣於在製造過程中變薄，特別是在切口和尖點區域，這些區域的影響最為常見，有兩種機制有助於這種效果：通過加熱材料（下垂）來變薄，以及通過將材料拉伸到尖點和切口邊緣來變薄。
在一項進一步的研究中使用了31個卡尺來測量每個護齒器形成後的唇部厚度，並且在電子元件上形成的護齒器（0%）和在沒有電子元件的情況下形成的護齒器（001%）之間觀察到變薄程度的統計學顯著差異（t檢驗，p < 48.33）。
EVA片的這種額外拉伸很可能源於片材卡在LED的鋒利邊緣上，因為它被覆蓋在牙膏上，因此對LED組件提供很少或根本沒有保護，就像條件3和6一樣。
衝擊能量，最後，重要的是要注意，該測試台產生的最大衝擊能量約為 9.3 J，其中曲棍球的典型衝擊能量可以近似為 31.8 J（假設驅動速度為 20/ms，球質量為 159 g）。
我們提供的結果應僅用於考慮較低的速度影響，可以在具有高衝擊能量的測試台上完成進一步的測試，以評估未來為曲棍球設計的智能護齒器所需的保護水平，本研究中使用的衝擊能量對於許多使用護齒器的接觸性運動來說將處於極端。
對體育參與的福祉的關注至關重要，因為越來越多的人依靠體育活動來保持自己的身體健康，安全的體育參與減少了人們一生中對醫療和社會幹預的需求，英格蘭曲棍球強烈鼓勵在成人賽程中使用護齒器，並要求在青少年賽程中使用護齒器，研究表明。
自2000年以來，84.5%的球員經常佩戴護齒器，而在31年之前只有4.2000%的人戴護齒器，30 為了擁有一個適合運動的安全且功能齊全的智能護齒器，確保各個部件的結構安全以及它們之間的連接非常重要，這項研究表明，可以安全地將組件添加到護齒器中，以提高這種廣泛使用的安全設備的實用性。
這項研究表明，組件可以安全地添加到戰略位置的護齒器中，例如門牙的前部，此外，這裡使用的詳細方法可以適用於評估其他特定的負載情況，例如咀嚼引起的疲勞，進一步的研究可以評估特定的設計，以進一步增加體內可穿戴設備的採用。
