試論3D打印技術與互聯網+在假肢矯形領域的運用

王義麗

摘 要：我國作為全球領域內康復輔助器需求量最大的國家，假肢市場的需求日漸增長，也帶動了假肢產品制造、配置服務以及研發設計等新興產業的發展。目前，隨著市場上假肢產品種類越來越豐富，市場供給能力也不斷加強，售后服務質量也穩步上升，但假肢產業體系仍有待完善，自主創新意識不強，市場秩序也不夠規范。在此基礎上，本文對3D打印技術的發展現狀及發展前景，以及在假肢矯形領域的具體應用，展開了深入分析與探究。

關鍵詞：3D打印技術;假肢矯形;應用

引言

目前，在全球各行業領域的發展過程中，3D打印作為新興技術，不僅突破了傳統打印技術的桎梏，也為打印技術帶來了新的變革，得到了廣泛運用和推崇。在假肢矯形領域，3D技術與互聯網+的融合與運用能夠有效促進器具設計與創新，從而提高假肢定制化水平，滿足不同群體的個性化需求。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計，而是要根據用戶所需定制假肢的特殊性，最終呈現出符合醫學構造、適配性高的假肢成品，整個流程并非易事，其未來發展還有待探究。

一、3D打印技術的概念、原理及特點

（一）概念

3D打印技術，中文名是三維打印、增材制造，外文名為3D printing（3DP），該技術于1986年誕生，發明人是查克赫爾。3D打印技術的特點在于快速成型，以數字模型文件為打印基礎，通過將可粘合的粉末狀金屬或塑料等材料進行逐層打印，最終構成物體的一項新型技術。通常情況下，3D打印技術是利用數字技術材料打印機的方式，進行磨具制造和工業設計等，在牙科、珠寶、鞋類、建筑等領域都有所應用。

（二）原理

3D打印存在多種不同種類的技術，其主要區別就在于可用材料的方式不同，通過不同層構造來創建的部件也不同，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：通過計算機軟件塑造模型本體，在進行模型分解，最后利用快速成型機將所有的橫截面堆積成三維立體模型。例如，要想得到一個塑料材質的獼猴桃，首先用3Dmax制作獼猴桃模型，再將3D打印機里倒入相應材質，最后利用打印機打印出真實的計算機里所顯示的獼猴桃模型。

（三）特點

3D打印技術相較于傳統打印，其優勢主要在于：無須切割物體、不需要模具、加工速度極快且生產周期短，在打印結構復雜且體積較小的物體時更具優勢，且無需二次加工，既可以批量生產也能聯機生產，還可以遠程操控。但3D打印技術并不是完美的，也存在部分缺陷：打印機造價昂貴，運行、維修費用超高，且對成型物體的材料要求較為苛刻，操作難度相當大，導致打印機操作入門較難，3D處理的軟件數據量巨大，對軟件和實體打印機的關聯性要求相當高。

二、3D打印技術的現狀

雖然3D打印技術有很多優勢，在很大程度上釋放了人工勞動力，大大縮短了產品的交付時間，且占用空間極小，所復制的實體相當精確，但在實際應用過程中也存在很多短板。目前，市面上多數3D打印機所打印的物品都只能當作模型使用，只有極少數可以直接作為零部件使用，無法完成某些高硬度產品如制造鉆頭等任務，因此3D打印技術的發展仍面臨著巨大考驗。

三、3D打印技術在假肢領域的具體應用

（一）上肢矯形器

3D打印技術在上肢矯形器的應用，以手指矯形器為例，波蘭某生物工程學的一名研究生，為一名患有四肢麻痹癥的患者，通過該技術設計定制了專屬手指矯形器，最終幫助該患者實現了自由抓取物品的愿望。在設計時，首先對患者手部進行石膏模型定制，再對其三位掃描，并添加了杠桿控制裝置，以模仿人的手部關節活動，使得患者手指能夠像正常人一樣抓取活動。

（二）下肢矯型器

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

（三）脊柱矯形器

針對脊柱側彎患者，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感，可以通過將矯形器與互聯網+融合的方式，以尼龍為材料，同時配備實時傳感器，更好的跟蹤用戶穿戴時間及壓力點檢測，并根據患者的穿戴時間、棄穿率、壓力參數等因素，判斷患者是否按照醫囑要求使用，有助于醫療人員為其制定后續治療方案。

（四）上體假肢

3D打印技術與互聯網+的融合，在上體假肢領域的應用，以3D打印仿生肌電手為例，包括放生機械手和肌電信號兩個主要部分，利用醫用電極與手臂肌肉相連，使手臂肌肉收縮，肌膚表面會產生相應電子信號，感應器在感應到這一信號后，將其傳遞給機械手，最終完成肌電手的抓取任務，可以通過實時監測，可以為后續調整提供更多數據支持，其外觀造型不僅更加靈活，重量也與人手相當。由此可見，通過3D打印技術制造的上體假肢，不僅能夠滿足佩戴者的個性化需求，造價成本也較低。

（五）下體假肢

對于3D技術下肢假肢制造而言，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，相較于傳統假肢定制周期較長，3D打印下肢假肢，不僅能夠實現在短時間內交付產品，也經過了產品長期耐久性、負載持久等測試，佩戴時間也可以超過三年。隨著加之外形的多種多樣，不僅能夠體現假肢外殼的創新性和個性化，也能給佩戴者帶來更多自信。

結束語：

如今，隨著世界范圍內殘疾人的生活水平不斷提升，對假肢和矯形器的需求量越來越大，對其要求也越來越高，在一定程度上推動了假肢矯形產業的升級與發展。目前，3D打印技術的發展逐步成熟，涉及的領域也愈發廣泛，通過與互聯網+的融合，對假肢矯形領域的發展也起到了尤為關鍵的推動作用，應放眼未來，牢牢把握住3D打印這一新興技術，使其能夠為更多殘疾人士謀福利。

參考文獻

[1] 王延慶，沈競興，吳海全.3D打印材料應用和研究現狀[J].航空材料學報，2016，36（4）：89-98.

[2] 姜濤，程筱勝，崔海華，戴寧.3D打印相關技術的發展現狀[J].機床與液壓，2018，46（03）：154-160+146.

[3] 張學軍，唐思熠，肇恒躍，等.特約3D打印技術研究現狀和關鍵技術[J].材料工程，2016，44（2）：122-128.

[4] 劉泉，劉榮，徐亞茹. 基于PBL學習模式的3D打印技術打造智能義肢課程[C]// 2016年第十五屆全國機械設計教學研討會論文集. 2016.

[5] 何雪鋒，熊愛兵. 3D打印技術在整形外科的研究及應用進展[J]. 中國組織工程研究，021（3）：P.428-432.

[6] 李巍. 3D打印技術在骨科臨床教學中的應用初探[J]. 求知導刊，000（019）：44-44.