三種康復(fù)輔具3D打印材料及其應(yīng)用

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我國(guó)是世界上康復(fù)輔助器具需求人數(shù)最多、市場(chǎng)潛力最大的國(guó)家，全國(guó)各類殘疾人約有8500萬(wàn)人。現(xiàn)今，AI、仿生、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)，正在加速融入康復(fù)輔具領(lǐng)域，創(chuàng)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。其中，3D打印在康復(fù)輔具領(lǐng)域的應(yīng)用備受業(yè)內(nèi)矚目。

本期將分享三個(gè)3D打印塑料線材制造商Polymaker 的3D打印康復(fù)輔具案例，其中講解了三種康復(fù)輔具3D打印材料的性能及應(yīng)用。

醫(yī)療護(hù)具及矯正器

傳統(tǒng)醫(yī)療護(hù)具和矯正器的整個(gè)制作流程比較復(fù)雜，因此患者需要等待的時(shí)間比較長(zhǎng)，而且患者需要親身長(zhǎng)時(shí)間地參與到整個(gè)制作流程中，這是現(xiàn)有工藝的幾個(gè)痛點(diǎn)。

醫(yī)療護(hù)具和矯正器現(xiàn)有的工藝來(lái)源：Polymaker

隨著行業(yè)中，數(shù)字化能力的不斷提升，3D打印以及配套的設(shè)施也在不斷發(fā)展。慢慢地，一些醫(yī)院、康復(fù)機(jī)構(gòu)嘗試使用3D打印技術(shù)解決傳統(tǒng)工藝中的難點(diǎn)。首先對(duì)患者的待治療部位進(jìn)行三維掃描，更數(shù)字化地判斷待治療部位的傷情。借此，可以與患者協(xié)商出最佳的治療方案，再根據(jù)三維掃描中的數(shù)據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)一款有助于患者治療的護(hù)具或矯正器的三維模型，隨后交于3D打印服務(wù)的企業(yè)進(jìn)行3D打印。待護(hù)具或矯正器完成后，只需少許的后處理和添加內(nèi)襯織物，便可讓患者穿戴治療。該工藝解決了傳統(tǒng)工藝中對(duì)技師的要求，也很大的縮短了制作的周期，同時(shí)患者也不需要長(zhǎng)時(shí)間配合醫(yī)生參與醫(yī)療器械的原型的取型。

醫(yī)療護(hù)具和矯正器現(xiàn)有的工藝來(lái)源：Polymaker

此時(shí)，材料才是現(xiàn)有的技術(shù)中最大的挑戰(zhàn)。Polymaker為此推出一款材料解決方案—U7520D，該材料目前的主要應(yīng)用是脊椎側(cè)彎矯正支具和一些康復(fù)護(hù)具，目前成功服務(wù)了很多患者。這款材料之所以被這些患者所選用，得益于其良好的彎曲模量。該模量介于PP板材和PE板材之間，可確保打印出的醫(yī)療器械可以很好的打開(kāi)并穿戴在患者待治療的部位。同時(shí)有比較好的回彈性可以收緊，起到支撐和矯正的作用。這款材料另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是材料的抗沖能力。實(shí)驗(yàn)測(cè)得：該材料能承受的沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的其他材料解決方案。可以看出，這是一款剛韌平衡的材料，非常適合醫(yī)療護(hù)具和矯正器這一類方向。同樣這款材料有著極好的打印性，可在無(wú)保溫腔的條件下打印，底板的溫度需要60度甚至是室溫。這對(duì)于未來(lái)該方向的產(chǎn)業(yè)化降低了門檻和對(duì)硬件能耗的要求。

Polymaker解決方案-U7520D

用該材料打印的醫(yī)療護(hù)具可以很輕松的打開(kāi)穿戴，并且有彈力可以恢復(fù)回原裝，其在多次彎折后也不會(huì)出現(xiàn)疲勞的狀況。這其實(shí)依賴于這款材料的一項(xiàng)核心技術(shù)。這款材料是一個(gè)TPU合金，有著特有的技術(shù)，使得材料在微觀上存在著微相分離的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)海島狀。材料中有比較軟的部分可起到彈性和韌性的作用。而硬質(zhì)的部分可起到支撐力的效果。這非常像日常生活中看到的鋼筋水泥的結(jié)構(gòu)。

嬰兒頭部矯正器

Polymaker的合作伙伴之一HeadStart Medical，是位于加拿大的一家健康工程公司，專注于治療嬰兒斜頭畸形和其他形式的顱骨變形。該公司臨床醫(yī)生會(huì)使用3D掃描儀對(duì)嬰兒的頭部進(jìn)行快速描，用特有的3D成像系統(tǒng)來(lái)捕捉嬰兒頭部的結(jié)構(gòu)。隨后掃描數(shù)據(jù)將立即出現(xiàn)在屏幕上，臨床醫(yī)生和家人可以了解應(yīng)該采取哪些措施進(jìn)行治療。在確定治療方案后，工程師可在三維軟件中，創(chuàng)建定制的頭部矯正器的3D模型，并用3D打印機(jī)打印模型。待模型完成后，檢查無(wú)誤后即可裝上帶子和泡沫內(nèi)襯，完成質(zhì)量檢查后便可交付。治療過(guò)程完成后，嬰兒將完美地矯正成正常的頭型。

HeadStart Medical的解決方案來(lái)源：Polymaker

HeadStart Medical 選擇了Polymaker的一款增韌的PLA作為該應(yīng)用中的打印材料，該材料的沖擊強(qiáng)度是普通PLA的5-6倍，這得益于該材料特有的納米增強(qiáng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以顯著地提高材料的韌性。因?yàn)閶雰汉脛?dòng)，在自身的行動(dòng)中，避免不了磕磕碰碰，這就需要頭盔具有良好的抗沖能力。如果抗沖強(qiáng)度低，頭盔極易破損，這對(duì)于嬰兒來(lái)說(shuō)，便是一種二次傷害。

矯正鞋墊

傳統(tǒng)的矯正鞋墊的制作工藝比較繁瑣。首先醫(yī)生會(huì)用一些儀器測(cè)量標(biāo)定患者足部的情況，其次用特有的設(shè)備檢測(cè)足底的壓力。在得到患者足底模型后，可根據(jù)得到的數(shù)據(jù)制作矯正鞋墊，再經(jīng)過(guò)一系列后處理，最終交付到患者治療。和前面提到的醫(yī)療護(hù)具和矯正器一樣，該工藝對(duì)于技師的要求比較高。

傳統(tǒng)的矯正鞋墊的制作工藝來(lái)源：Polymaker

現(xiàn)有的3D打印鞋墊的解決方案來(lái)源：Polymaker

近幾年，3D打印鞋墊在業(yè)內(nèi)的發(fā)展也是愈發(fā)火熱。首先通過(guò)儀器去掃描患者的足型，再基于掃描儀收集到的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)矯正鞋墊，接著再3D打印，最后可直接交付患者使用。為此，Polymaker也推出適配該解決方案的材料：PolyFlex TPU95-HF。傳統(tǒng)TPU材料最大的難點(diǎn)是材料本身的柔性會(huì)導(dǎo)致3D打印過(guò)程中進(jìn)料比較困難，打印速度也就相對(duì)慢一些，導(dǎo)致單位小時(shí)內(nèi)的產(chǎn)量極低。為此我們開(kāi)發(fā)了這款有高速打印的特性的TPU，可以極大地提高生產(chǎn)效率。使用普通的TPU打印一雙矯正鞋墊，將花費(fèi)至少4-5小時(shí)，如果使用Polymaker的這款TPU進(jìn)行打印，可以節(jié)省大約50%的時(shí)間。