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三種康復輔具3D打印材料及其應用

魔猴君行業資訊 1053天前

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我國是世界上康復輔助器具需求人數最多、市場潛力最大的國家，全國各類殘疾人約有8500萬人。現今，AI、仿生、人工智能、虛擬現實等新興技術，正在加速融入康復輔具領域，創新應用不斷涌現。其中，3D打印在康復輔具領域的應用備受業內矚目。

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

醫療護具及矯正器

傳統醫療護具和矯正器的整個制作流程比較復雜，因此患者需要等待的時間比較長，而且患者需要親身長時間地參與到整個制作流程中，這是現有工藝的幾個痛點。

醫療護具和矯正器現有的工藝來源：Polymaker

隨著行業中，數字化能力的不斷提升，3D打印以及配套的設施也在不斷發展。慢慢地，一些醫院、康復機構嘗試使用3D打印技術解決傳統工藝中的難點。首先對患者的待治療部位進行三維掃描，更數字化地判斷待治療部位的傷情。借此，可以與患者協商出最佳的治療方案，再根據三維掃描中的數據，來設計一款有助于患者治療的護具或矯正器的三維模型，隨后交于3D打印服務的企業進行3D打印。待護具或矯正器完成后，只需少許的后處理和添加內襯織物，便可讓患者穿戴治療。該工藝解決了傳統工藝中對技師的要求，也很大的縮短了制作的周期，同時患者也不需要長時間配合醫生參與醫療器械的原型的取型。

醫療護具和矯正器現有的工藝來源：Polymaker

此時，材料才是現有的技術中最大的挑戰。Polymaker為此推出一款材料解決方案—U7520D，該材料目前的主要應用是脊椎側彎矯正支具和一些康復護具，目前成功服務了很多患者。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，可確保打印出的醫療器械可以很好的打開并穿戴在患者待治療的部位。同時有比較好的回彈性可以收緊，起到支撐和矯正的作用。這款材料另一個優勢是材料的抗沖能力。實驗測得：該材料能承受的沖擊強度遠高于現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，非常適合醫療護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。這對于未來該方向的產業化降低了門檻和對硬件能耗的要求。

Polymaker解決方案-U7520D

用該材料打印的醫療護具可以很輕松的打開穿戴，并且有彈力可以恢復回原裝，其在多次彎折后也不會出現疲勞的狀況。這其實依賴于這款材料的一項核心技術。這款材料是一個TPU合金，有著特有的技術，使得材料在微觀上存在著微相分離的結構，呈現海島狀。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構。

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。該公司臨床醫生會使用3D掃描儀對嬰兒的頭部進行快速描，用特有的3D成像系統來捕捉嬰兒頭部的結構。隨后掃描數據將立即出現在屏幕上，臨床醫生和家人可以了解應該采取哪些措施進行治療。在確定治療方案后，工程師可在三維軟件中，創建定制的頭部矯正器的3D模型，并用3D打印機打印模型。待模型完成后，檢查無誤后即可裝上帶子和泡沫內襯，完成質量檢查后便可交付。治療過程完成后，嬰兒將完美地矯正成正常的頭型。

HeadStart Medical的解決方案來源：Polymaker

HeadStart Medical 選擇了Polymaker的一款增韌的PLA作為該應用中的打印材料，該材料的沖擊強度是普通PLA的5-6倍，這得益于該材料特有的納米增強技術。該項技術可以顯著地提高材料的韌性。因為嬰兒好動，在自身的行動中，避免不了磕磕碰碰，這就需要頭盔具有良好的抗沖能力。如果抗沖強度低，頭盔極易破損，這對于嬰兒來說，便是一種二次傷害。

矯正鞋墊

傳統的矯正鞋墊的制作工藝比較繁瑣。首先醫生會用一些儀器測量標定患者足部的情況，其次用特有的設備檢測足底的壓力。在得到患者足底模型后，可根據得到的數據制作矯正鞋墊，再經過一系列后處理，最終交付到患者治療。和前面提到的醫療護具和矯正器一樣，該工藝對于技師的要求比較高。

傳統的矯正鞋墊的制作工藝來源：Polymaker

現有的3D打印鞋墊的解決方案來源：Polymaker

近幾年，3D打印鞋墊在業內的發展也是愈發火熱。首先通過儀器去掃描患者的足型，再基于掃描儀收集到的數據設計矯正鞋墊，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TPU材料最大的難點是材料本身的柔性會導致3D打印過程中進料比較困難，打印速度也就相對慢一些，導致單位小時內的產量極低。為此我們開發了這款有高速打印的特性的TPU，可以極大地提高生產效率。使用普通的TPU打印一雙矯正鞋墊，將花費至少4-5小時，如果使用Polymaker的這款TPU進行打印，可以節省大約50%的時間。