復雜結構與定制設計——3D 打印如何推進矯形技術的重大變革?
“沒有人喜歡佩戴矯形器。不過,如果在日常生活中幾乎可以忽略它的存在,甚至還充滿美感,則可大幅延長佩戴時間,從而 使矯形器達到滿意的治療效果。患者佩戴增材制造工藝制成的矯形器后,通常都會繼續使用。這種矯形器的貼合度、佩戴舒 適度和外觀明顯優于傳統工藝制造的矯形器。”
定制化設計與集成式的功能
在涉及到支撐型矯形器時,矯形 外科技術人員通常受到個性化結構的 束縛,因為形態、功能和材料厚度配 置必須適合每位患者的需求。當需要 采用復雜結構時,傳統工藝通常已達 到自身極限。此外,由于其生產成本 較高而且非常耗時,因此沒有現貨可 用。為解決這些問題,plus medica OT 采用了工業 3D 打印技術。借助 EOS GmbH 的生產系統和咨詢服務, 該公司可根據每個患者需求來量身定 制矯形器,而傳統工藝幾乎無法實現 這一點。
良好的透氣性:這種踝關節 / 足部矯形器上有很多透氣孔,環狀封閉系統幾乎覆蓋整個腳面,從而防 止出汗過多。
?
面臨的挑戰
每個人都是獨一無二的,在矯形 外科領域尤為如此,矯形外科的目標 就是根據個性化需求來支撐或恢復人 體活動能力。為使治療圓滿成功,矯 形器的設計必須與患者的解剖結構和 治療需求精確匹配。這也解釋了矯形 器需按定制結構生產或進行小批量定 制生產的原因,因為直到如今,矯形 外科技術人員一直根據各種可行的傳 統生產方法(例如鑄造、建模和銑削 等)來構建矯形器。但是,復雜的結 構和不同的材料厚度要求已達到了現 有傳統加工工藝的極限。
?
如果需要在同一款產品中融合
多種功能,必須以手動方式將多個單 獨的零部件組合形成矯形器成品,而 這是一個非常耗時的過程。同時,對 于存在神經系統疾病(例如癱 瘓、 中風或多發性硬化癥等)發病風險的 患者,還必須盡快使用矯形器來支持 他們的靈活移動性。對兒童進行治療 時,需要進一步考慮的因素是他們生 長速度很快,這意味著輔助用品必須 頻繁更換。
plus medica OT 是 一 家 3D 打 印醫療輔助用品供應商,他們已經 意識到了這些挑戰,并確立了采用 工業 3D 打印提升患者護理水平的目 標,將傳統的矯形技術工藝與增材制 造帶來的各種可能性相結合,基于全 新的設計方案為患者量身定制質量卓 越矯形器。“我們將矯形外科手工工 藝與增材制造的優勢相結合。”plus medica OT 首席運營官 Alexander Hülk 表示。
?
解決方案
自 2015 年 起,plus medica OT 致力于開發、構建、生產和銷售采用 增材制造技術制造的矯形器。該公司 的關鍵重點是利用該項技術的潛力來提升患者護理水平,并為矯形外科技術人員提供這項技術。為此,該公司 致力于從經濟和技術層面優化這類組 件,并且尤為關注矯形器的形態和功 能。這就是全球首家矯形外科技術的 3D 打印供應商 plus medica OT 能 與當地整形外科技術人員密切合作的 原因所在。只有根據矯形外科技術的 要求協調設計和增材制造的所有工 藝,才有可能取得最佳的效果。
為 此,該公司與 3D 打印領域 的技術領導者 EOS 開展合作。EOS 不僅提供所需的系統和材料,還能 在開發和生產過程中為用戶提供各 種支持。“我們從 EOS 提供的實力 極強且基于合作伙伴的咨詢服務中 受益良多,例如,就如何選擇最適 合的材料 EOS 為我們提供了大力支 持。”Alexander Hülk 解釋到。經驗 豐富的醫學工程應用專家幫助他積累 專業知識,并為其展示如何全面挖掘 該技術的潛能。而且直到現在,當遇 到設計優化和功能集成相關問題時, 他們仍能隨時提供幫助。
plus medicaOT 在制造矯形器時,首先會由矯形外科技術人員為患 者制作石膏模型。然后,直接在石膏 模型上設計矯形器。之后,矯形外科 技術人員將石膏模型和訂貨單一并送 到 plus medica OT。隨后,使用 3D 掃描儀對石膏模型進行數字化。接下 來,plus medica OT 采用 CAD 程序 設計出矯形器,并將構建數據傳輸到 生產系統 EOS P 396。利用激光束 將精細的粉末材料逐層燒結疊加,最 終制造出零部件。這樣,無需任何特 殊工具,即可制造出所能想象的任意 形狀的矯形器。采用的材料是尼龍聚 合物,具有出色的硬度和耐沖擊度, 在重負荷下既不會碎裂也不會斷裂, 降低了患者受傷的風險。
?
成果
增材制造助力 plus medica OT 采用新方法生產出質量卓越的輔助用 品,即使是復雜的結構也能輕松制造。 此外,在同一個矯形器中可以變換不 同的材料厚度,從而達到增強特定部位的靈活性或硬度。關節和封閉系統 或魔術貼固定件等標準零部件可集成 在矯形器的任意位置。同樣也可應用 到透氣口上來改善其透氣性。
“在同一矯形器中融合多種幾何 形狀并使其具有較薄的壁厚和集成功 能,這是采用傳統生產工藝無法輕松 實現的。”Alexander Hülk 滿意的解 釋到。與以往相比,采用新工藝制成 的矯形器能夠更好地契合患者需求。 而且,定制這種輔助用品顯然也相對 容易且經濟實惠。如果患者有定制需 求,可以在工件表面重新制作樣式, 而無需擴展生產過程。后續的染色和 上漆工藝可形成豐富多彩的顏色。對 于 Alexander Hülk 而 言,重量和集 成功能優化、良好的透氣性和極具吸 引力的設計都是治療取得成功的決定 性因素:“沒有人喜歡佩戴矯形器。 不過,如果在日常生活中幾乎可以忽 略它的存在,甚至還充滿美感,則可 大幅延長佩戴時間,從而使矯形器達到滿意的治療效果。”
全方位理念:(從左至右)集成式小腿(上部) 用魔術貼固定件、整體式關節系統、帶徽標的運動止
動裝置、便于保持穩定性的集成跟骨板以及通過突片鎖連接內部足部組件 ?DAFO?。