3D打印应用：快速获得个性化的假肢设备，不受地理限制

2024年1月，拉夫堡大学称，借助3D打印，很快就能在偏远地区甚至用户家中打印假肢插座。拉夫堡大学的生物材料力学高级讲师Simin Li博士和机械、电气和制造工程学院的研究人员团队开创了全数字化设计到制造流程，有可能彻底改变下肢假肢腔的生产允许方式，能够在医院环境之外进行打印。

他们的研究已经发表在了《Journal of Materials Research and Technology》上，题目为《Structural integrity of 3D-printed prosthetic sockets: Experimental study for paediatric applications》。



传统上，创建下肢插座是一个耗时的过程，大约需要三到六周的时间。这种方法需要对肢体进行铸模，作为制作下肢插座的模具。该过程需要前往医院，严重依赖劳动密集型技能和专业知识，并且需要大量的试错。李博士表示，由此产生的插座更像是艺术品，而不是医疗设备，如果不完美贴合，会导致皮肤问题和稳定性问题。这个过程还必须经常重复，因为假肢插座在使用过程中会很快磨损，成人每 3-6 个月更换一次，儿童则更频繁。



该团队的方法利用各种技术（包括至少一个来自 Raise3D 的系统）和独特的编码，通过全数字化过程创建套接字。通过使用数字扫描仪捕获用户肢体的 3D 扫描并使用计算机辅助设计 (CAD) 软件，生成个性化的设计配置文件，然后将其导入 3D 打印机进行制造。结果是完全定制的插座可以在短短八小时内生产出来，使得该过程比当前方法快得多。



李博士的方法的独特之处在于它能够在偏远地区甚至用户家中实现插座的 3D 打印。数字扫描和3D打印设施可以部署到不同地区，包括服务不足的地区和医疗保健机会有限的发展中国家。下肢假肢用户可以扫描他们的肢体，将扫描结果发送给可以远程处理设计的医疗专家，并收到定制的设计文件作为回报。然后，该文件可用于方便地打印用户所在位置的套接字，从而克服地理障碍并改变个性化医疗设备的使用和生产方式。

李博士表示：“通过使用从设计到制造的全数字化工作流程和增材制造，创建插座的整个过程是定量和迭代的，因此具有高度可定制性、可重复性和高效性。通过使用创新的数字解决方案，医疗保健专业人士可以将更多的宝贵时间集中在用户身上，从而增加所有人和按需的可访问性，该项目的最终目标是使设计和制造过程对医疗保健专业人士和用户来说更容易、更容易使用，以便有一天可以在当地社区、医院甚至用户的家中制造假肢接受腔。”

拉夫堡大学团队通过在其内部开发的设施中进行广泛测试，优化了其 3D 打印插座设计，能够承受 6,000 至 16,000 牛顿的负载，相当于人体体重的 7-20 倍。该团队的技术还使他们能够增加设计自由度，可以根据用户的需求使插座上的区域变得更硬或更软，李博士希望这将提高舒适度并进一步促进用户参与游戏、身体活动和活动。

团队下一步是建立学术和工业的伙伴合作关系，将3D打印假肢插座原型转化为产品，并探索其工艺在不同环境中的应用。李博士表示：“我希望有一天这项研究能够让全世界使用假肢的用户受益，并推3D打印用于医疗设备及其他领域的发展。目前，偏远地区的医疗机构、医疗专业人员和 3D 打印技术的准入门槛太高。我们相信，我们的研究不仅将打破这些障碍，还将成为利用 3D 打印的其他令人兴奋的创新的催化剂。”

残疾人铁人三项运动员芬利·杰克斯 (Finley Jakes) 是一名下肢假肢使用者，也是拉夫堡大学的新毕业生，他拜访了李博士和团队，芬利是英国铁人三项残奥会世界级项目的成员，曾代表英国参加世界各地的赛事并获得奖牌。他告诉研究人员，通常需要一个月左右的时间才能收到假肢插座，而且他也经历过由于使用不合适的插座而导致的皮肤问题。他表示这项研究可以使很多人受益，尤其是成长过程中需要随时使用假肢插座的儿童。