医疗健康

3D打印在康复辅具领域的应用与优势

康复辅具是改善、补偿、替代人体功能和实施辅助性治疗以及预防残疾的产品。因为需要康复的对象身体情况存在差异性,所以医疗辅具市场的定制化需求较为明显。而3D打印技术不仅可以解决这种定制化需求,还能大大的降价康复辅具的制作成本,为老年和残障人士带来了新的希望。

 

 

康复辅具市场一直是3D打印技术的重点应用领域。国务院在《关于加快发展康复辅助器具产业的若干意见》中提出的增材制造(3D打印技术),在促进康复辅助器具设计创新、提高定制化水平等方面起到了重要作用。近年来,3D打印技术逐渐在矫形器与假肢、个人移动辅助器具、沟通和信息辅助器具、个人医疗这辅助器具等康复辅具上得到了广泛的应用。

 

3D打印在辅具制作上的应用

 

3D打印技术适用于个性化定制需求,提供的产品基本上都是定制的。3D 打印技术在辅具制作上的引入,大大降低了定制的成本。

目前3D打印应用于以下两个方面:一是无须留在体内的医疗器械,包括医疗模型、假肢、助听器、诊疗器械、各种辅助器具、手术导板等; 二是个性化永久性人体植入物,使用相关医疗级打印材料如钛合金、生物陶瓷等通过设备打印出人体所用的牙齿、骨骼和关节等。

目前,3D打印技术在辅具制作中有两种应用方式,一是用3D扫描设备对人体特定部位扫描采集数据,经专业人士对数据进行处理形成三维模型数据,此数据经过数控人员的操作编出数控加工程序,将程序输入到数控加工设备中,加工设备根据电脑程序加工出与数据模型一模一样的产品,最后再进行修整。二是利用磁共振技术和CT扫描采集完整的骨骼数据,然后在计算机上构建出残疾人骨骼的3D图像,通过3D打印设备打印出完整的与残疾人相同的材料模型。根据模型残缺的情况,设计制造出假体模拟安装和修整,模拟安装完成后,再使用相关材料打印出真正的植入假体。

 

 

应用——上肢矫形器

波兰某生物工程学研究生曾为一名患有四肢麻痹症的患者设计一个轻巧的定制化手指矫形器,以帮助患者的手指轻松的抓取物品。

 

 

在设计时,设计师首先为患者的手部做了石膏模型,然后对石膏模型进行三维扫描。在接下来的三维建模过程中,最大的挑战是如何将矫形器与患者的手部进行更好的结合,设计师尝试了不同的机械解决方案。矫形器的外壳需要紧密的贴合在手腕上,手指部分由较小的部件支撑,可模仿人的关节结构。设计师添加了一个杠杆控制装置,与3D打印的部件装配在一起,通过杠杆装置,患者的手指得以活动。

矫形器由70多个不同的3D打印部件组成,设计师使用双喷头FDM 3D打印机和ABS丝材进行3D打印。在3D打印部件装配完成之后,设计师添加了魔术贴,用以固定矫形器。

 

应用——假肢

在日本,传统的假肢需要庞大的制造过程和设备成本,以及根据患者个人情况制作的假肢佩戴者的技术能力,一般每条假肢需要30万~ 100万日元,而且交货时间通常需要2 ~ 3周。

设计师在制造假肢时,首先要获得佩戴者肢体扫描数据,在计算机中将患者自身肢体数据与设计出的假肢进行匹配,确保定制的假体能让患者的身体看起来非常协调利用3D打印技术很快制造出佩戴者适合的假肢。3D打印技术提高了假肢外壳设计的自由度,制造出轻量化的结构。

 

应用——脊柱矫形器

在脊柱侧弯患者中,仅有10%的青少年特发性脊柱侧弯患者最终需要手术治疗,90%的患者可以保守治疗和积极观察。非手术治疗中公认最主要和可靠的方式是用矫形支具治疗。

现有支具存在透气性差、设计不能与患者身体充分贴合,器械壁厚,样式不美观等问题,这些问题使患者的佩戴依从性差,从而影响治疗效果。国内外的医疗机构、康复辅具制造企业已开始通过3D打印技术制造更加轻量化、美观的定制化脊柱侧弯矫形器。

 

3D打印在辅具制作上的优势

 

3D打印技术与传统制造辅具相比,3D打印可以省去模具制造的时间成本,提高研发速度,降低研发失败的成本。3D打印技术可以根据计算机的图形数据,增材制造出各种形状的辅具产品,能提高材料的利用率,在较短的时间内制造出结构更为复杂的辅具产品。

传统制造康复辅具的制作流程较为复杂,首先企业要根据患者的大体情况分类来进行不同型号产品的设计。然后模具制造厂根据设计开发图纸,进行模具制造。由于模具制造的费用较高,厂家一般都会设定基本的型号,来控制成本。模具制造完成后,还需要为模具设计开发出合适的工装夹具。完成模具和夹具开发后,企业才会进行大批量的注塑。得到的产品尺寸少,型号有限,难以与患者的身体结构精准匹配。整个制作过程生产量大、流程复杂、周期长、型号规格较少。

然而运用3D打印技术制作医用康复辅具的流程就较为简单,首先要取得患者的骨骼、皮肤或体型等相关数据图像,三维重建后进行设计,然后将设计好的数据模型导入“打印机”(预备好相关的制作材料),打印后再进行简单的处理加工就能得到定制式的康复辅具。整个制作过程方便、简单、快捷,而且具备精准化、个性化特点,不仅缩短了时间成本而且提高产品与患者身体结构的匹配度。

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发布于 2022-04-18 17:16阅读(120) 评论(0)  2 点赞

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用于医疗用途的3D打印有哪些优势?

医疗器械行业在世界各地持续增长。随着行业的发展,医疗器械原型和生产零件的3D打印也在不断发展。医学3D打印不再是科幻小说中的东西。增材制造(AM)现在被用于从外科植入物到假肢,甚至器官和骨骼的所有方面。

 

用于医疗用途的 3D 打印的优势

为什么3D打印非常适合医疗市场?三个主要因素是速度、定制和成本效益。

 

3D打印使工程师能够更快地创新。工程师能够在1-2天内将想法转化为物理原型。更快的产品开发时间使公司能够分配更多的时间来接收外科医生和患者的反馈。反过来,更多更好的反馈会导致设计在市场上表现更好。

3D打印实现了前所未有的定制水平。每个人的身体都是不同的,3D打印允许工程师根据这些差异定制产品。这增加了患者的舒适度、手术的准确性,并改善了结果。定制还允许工程师在广泛的应用中发挥创造力。随着3D打印技术在数千种灵活、色彩丰富、坚固的材料中的应用,工程师们可以将他们最具创造性的愿景付诸实践。

 

 

最重要的是,3D打印通常能以低于传统制造的成本实现定制医疗应用。

 

用于医疗的3D打印技术

金属和塑料 3D 打印技术都适用于医疗应用。最常见的技术包括熔融沉积建模(FDM)、直接金属激光烧结(DMLS)、碳直接光合成(DLS) 和选择性激光烧结(SLS)。

 

FDM对于早期设备原型和手术模型来说是一个很好的过程。可灭菌FDM材料包括PPSF、Ultem和ABS M30i。通过DMLS的金属3D打印可以用17-4PH不锈钢完成,这是一种可消毒材料。碳纤维是一种新工艺,它使用定制树脂用于各种最终用途的医疗设备应用。最后,SLS可以生产坚固、灵活的零件,是创建骨骼复制品时使用的最佳工艺。

 

在医疗行业使用3D打印

3D打印正在改变医疗行业的几乎所有方面。3D打印使培训更加容易,改善了患者体验和可及性,并简化了植入物采购和植入过程。

 

植入物:3D打印不仅仅是我们物质世界的一部分,它现在也是许多人身体的一部分。尖端技术现在可以3D打印有机物,例如用于组织、器官和骨骼的细胞。例如,骨科植入物用于骨骼和肌肉修复。这有助于提高植入物的可用性。3D打印还擅长制作可放置在外科植入物外部的精细晶格,这有助于降低植入物排斥率。

手术工具:在牙科领域尤其有效,3D打印工具符合患者独特的解剖结构,有助于外科医生提高手术准确性。整形外科医生也经常使用通过3D打印制造的导轨和工具。导向器在膝关节置换手术、面部手术和髋关节置换术中特别有用。这些程序的导向器通常由可消毒塑料PC-ISO制成。

外科规划和医学训练模式:未来的医生现在经常在3D打印器官上练习,3D打印器官比动物器官更能模拟人体器官。现在的医生可以打印出病人器官的精确复制品,从而更容易为复杂的手术做准备。

医疗设备和工具:传统上使用减法技术制造,现在使用3D打印的许多外科工具和设备可以定制打印以解决特定问题。3D打印还可以以更无菌的形式和更低的成本生产传统制造的工具,如夹子、手术刀和镊子。3D打印还可以更轻松地快速更换这些破损或老化的工具。

假肢:3D 打印在制作时尚、易于使用的假肢方面发挥着关键作用。3D打印使为有需要的社区开发低成本假肢变得更加容易。假肢现在正在为叙利亚等战区和海地的农村地区进行3D 打印,由于成本和可及性的限制,许多人以前没有这种设备。

药物剂量工具:现在可以3D打印包含多种药物的药丸,每种药物的释放时间不同。这些药片使剂量依从性更容易,并降低因患者错误而导致服药过量的风险。它们还帮助解决与各种药物相互作用有关的问题。

 

医疗器械公司的定制制造

由于高端 SLS、DMLS 和 Carbon 3D 打印机的成本可能高达 500,000 美元或更多,因此许多医疗公司将生产外包制造3D打印服务公司。3D打印技术帮助世界上最大和发展最快的公司更快地从创意到原型再到生产,从而增加他们在市场上取得成功的几率。

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发布于 2022-05-02 08:33阅读(43) 评论(0)  0 点赞

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