試論3D打印技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)+在假肢矯形領(lǐng)域的運(yùn)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

試論3D打印技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)+在假肢矯形領(lǐng)域的運(yùn)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：我國作為全球領(lǐng)域內(nèi)康復(fù)輔助器需求量最大的國家，假肢市場的需求日漸增長，也帶動(dòng)了假肢產(chǎn)品制造、配置服務(wù)以及研發(fā)設(shè)計(jì)等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，隨著市場上假肢產(chǎn)品種類越來越豐富，市場供給能力也不斷加強(qiáng)，售后服務(wù)質(zhì)量也穩(wěn)步上升，但假肢產(chǎn)業(yè)體系仍有待完善，自主創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)，市場秩序也不夠規(guī)范。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，以及在假肢矯形領(lǐng)域的具體應(yīng)用，展開了深入分析與探究。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);假肢矯形;應(yīng)用

引言

目前，在全球各行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展過程中，3D打印作為新興技術(shù)，不僅突破了傳統(tǒng)打印技術(shù)的桎梏，也為打印技術(shù)帶來了新的變革，得到了廣泛運(yùn)用和推崇。在假肢矯形領(lǐng)域，3D技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)+的融合與運(yùn)用能夠有效促進(jìn)器具設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，從而提高假肢定制化水平，滿足不同群體的個(gè)性化需求。與3D打印不同的是，3D打印假肢并不只是簡單的文件下載設(shè)計(jì)，而是要根據(jù)用戶所需定制假肢的特殊性，最終呈現(xiàn)出符合醫(yī)學(xué)構(gòu)造、適配性高的假肢成品，整個(gè)流程并非易事，其未來發(fā)展還有待探究。

一、3D打印技術(shù)的概念、原理及特點(diǎn)

（一）概念

3D打印技術(shù)，中文名是三維打印、增材制造，外文名為3Dprinting（3DP），該技術(shù)于1986年誕生，發(fā)明人是查克赫爾。3D打印技術(shù)的特點(diǎn)在于快速成型，以數(shù)字模型文件為打印基礎(chǔ)，通過將可粘合的粉末狀金屬或塑料等材料進(jìn)行逐層打印，最終構(gòu)成物體的一項(xiàng)新型技術(shù)。通常情況下，3D打印技術(shù)是利用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)的方式，進(jìn)行磨具制造和工業(yè)設(shè)計(jì)等，在牙科、珠寶、鞋類、建筑等領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

（二）原理

3D打印存在多種不同種類的技術(shù)，其主要區(qū)別就在于可用材料的方式不同，通過不同層構(gòu)造來創(chuàng)建的部件也不同，通常將尼龍玻纖、石膏、鋁、鈦合金、相較、不銹鋼、耐用性尼龍等作為主要材料。3D打印的工作原理是：通過計(jì)算機(jī)軟件塑造模型本體，在進(jìn)行模型分解，最后利用快速成型機(jī)將所有的橫截面堆積成三維立體模型。例如，要想得到一個(gè)塑料材質(zhì)的獼猴桃，首先用3Dmax制作獼猴桃模型，再將3D打印機(jī)里倒入相應(yīng)材質(zhì)，最后利用打印機(jī)打印出真實(shí)的計(jì)算機(jī)里所顯示的獼猴桃模型。

（三）特點(diǎn)

3D打印技術(shù)相較于傳統(tǒng)打印，其優(yōu)勢(shì)主要在于：無須切割物體、不需要模具、加工速度極快且生產(chǎn)周期短，在打印結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積較小的物體時(shí)更具優(yōu)勢(shì)，且無需二次加工，既可以批量生產(chǎn)也能聯(lián)機(jī)生產(chǎn)，還可以遠(yuǎn)程操控。但3D打印技術(shù)并不是完美的，也存在部分缺陷：打印機(jī)造價(jià)昂貴，運(yùn)行、維修費(fèi)用超高，且對(duì)成型物體的材料要求較為苛刻，操作難度相當(dāng)大，導(dǎo)致打印機(jī)操作入門較難，3D處理的軟件數(shù)據(jù)量巨大，對(duì)軟件和實(shí)體打印機(jī)的關(guān)聯(lián)性要求相當(dāng)高。

二、3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀

雖然3D打印技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)，在很大程度上釋放了人工勞動(dòng)力，大大縮短了產(chǎn)品的交付時(shí)間，且占用空間極小，所復(fù)制的實(shí)體相當(dāng)精確，但在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在很多短板。目前，市面上多數(shù)3D打印機(jī)所打印的物品都只能當(dāng)作模型使用，只有極少數(shù)可以直接作為零部件使用，無法完成某些高硬度產(chǎn)品如制造鉆頭等任務(wù)，因此3D打印技術(shù)的發(fā)展仍面臨著巨大考驗(yàn)。

三、3D打印技術(shù)在假肢領(lǐng)域的具體應(yīng)用

（一）上肢矯形器

3D打印技術(shù)在上肢矯形器的應(yīng)用，以手指矯形器為例，波蘭某生物工程學(xué)的一名研究生，為一名患有四肢麻痹癥的患者，通過該技術(shù)設(shè)計(jì)定制了專屬手指矯形器，最終幫助該患者實(shí)現(xiàn)了自由抓取物品的愿望。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)患者手部進(jìn)行石膏模型定制，再對(duì)其三位掃描，并添加了杠桿控制裝置，以模仿人的手部關(guān)節(jié)活動(dòng)，使得患者手指能夠像正常人一樣抓取活動(dòng)。

（二）下肢矯型器

3D打印技術(shù)在下肢矯形器的應(yīng)用，以踝足矯形器為例，國外設(shè)計(jì)師為車禍患者設(shè)計(jì)了更具輕量化的矯形器，無需模具制造技術(shù)直接制造矯形器：首先用3D技術(shù)掃描患者腿部，在用定制化設(shè)計(jì)出三位模型，采用了多材料3D打印機(jī)和剛性材料，最終制造出夾板重量輕、透氣性好、支撐性強(qiáng)的踝足矯形器。

（三）脊柱矯形器

針對(duì)脊柱側(cè)彎患者，通過矯形支具治療的方式效果更佳，為了保證脊柱矯形器能夠于患者身體充分貼合、樣式更美觀，讓患者有更好的佩戴體驗(yàn)感，可以通過將矯形器與互聯(lián)網(wǎng)+融合的方式，以尼龍為材料，同時(shí)配備實(shí)時(shí)傳感器，更好的跟蹤用戶穿戴時(shí)間及壓力點(diǎn)檢測(cè)，并根據(jù)患者的穿戴時(shí)間、棄穿率、壓力參數(shù)等因素，判斷患者是否按照醫(yī)囑要求使用，有助于醫(yī)療人員為其制定后續(xù)治療方案。

（四）上體假肢

3D打印技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)+的融合，在上體假肢領(lǐng)域的應(yīng)用，以3D打印仿生肌電手為例，包括放生機(jī)械手和肌電信號(hào)兩個(gè)主要部分，利用醫(yī)用電極與手臂肌肉相連，使手臂肌肉收縮，肌膚表面會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)電子信號(hào)，感應(yīng)器在感應(yīng)到這一信號(hào)后，將其傳遞給機(jī)械手，最終完成肌電手的抓取任務(wù)，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以為后續(xù)調(diào)整提供更多數(shù)據(jù)支持，其外觀造型不僅更加靈活，重量也與人手相當(dāng)。由此可見，通過3D打印技術(shù)制造的上體假肢，不僅能夠滿足佩戴者的個(gè)性化需求，造價(jià)成本也較低。

（五）下體假肢

對(duì)于3D技術(shù)下肢假肢制造而言，佩戴者不僅能夠自主選擇喜歡的外殼款式，重量也更輕便，也更為耐用。另外，相較于傳統(tǒng)假肢定制周期較長，3D打印下肢假肢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)交付產(chǎn)品，也經(jīng)過了產(chǎn)品長期耐久性、負(fù)載持久等測(cè)試，佩戴時(shí)間也可以超過三年。隨著加之外形的多種多樣，不僅能夠體現(xiàn)假肢外殼的創(chuàng)新性和個(gè)性化，也能給佩戴者帶來更多自信。

結(jié)束語：

如今，隨著世界范圍內(nèi)殘疾人的生活水平不斷提升，對(duì)假肢和矯形器的需求量越來越大，對(duì)其要求也越來越高，在