TU Delft的一名机械工程专业学生设计了一个假肢插座,可以使用日常FDM系统对其进行3D打印。


radi动脉装置的昵称为“ V3D”,具有可调节体积的闭合系统,使用户能够轻松移动假肢,然后以大范围的屈曲和完全的肘部伸展来移动假肢。多功能插座仅需四个小时即可完成打印,旨在满足居住在偏远地区的人们的需求,在偏远地区,访问3D扫描仪和定制假肢的机会可能会受到限制。


新型可3D打印的假肢卡槽,可按需定制假肢关节


每年,有6,000至10,000名美国公民接受上肢截肢手术,这种手术使他们失去了一部分前臂,并安装了假肢窝,以帮助他们恢复身体机能。这些承窝对于确保某些人造肢体的牢固连接至关重要,当它们不合适安装时,它们可能使佩戴者遭受水疱的痛苦。


目前,许多肢体窝是通过耗时的石膏模制工艺制造的,可能需要长达五个星期的时间,而且如果患者的体重或体型发生变化,他们必须再次忍受这种等待。另一方面,使用3D打印,现在可以将解剖3D扫描迅速转变为个性化的假体,但是到目前为止,这种方法在很大程度上仅限于创建下肢卡槽。


新型可3D打印的假肢卡槽,可按需定制假肢关节


为了将增材制造的好处带给上肢截肢者,代尔夫特(Delft)硕士生Israa Kamal因此着手设计一种新颖的假牙套,该假牙套不仅可以按需制造和安装,还可以根据个人需求进行调整患者,并允许他们无限制地完全伸展肘部。


最初,Kamal提出了五个卡槽概念,每个概念都具有不同的机制和透气水平,然后将两个紧固模型的最佳组合组合在一起以创建一个优化的设计。代尔夫特工程师的最终布局包括一个主体壳,可调节的机翼和一个上部附件,该附件设计为使用肘部的旋转关节连接到假肢。


从理论上讲,该概念允许用户自由调整插槽,而不会对腕部产生干扰,同时可以定制设备的末端以适合各个佩戴者的腕部。确定最终设计后,Kamal利用Ultimaker S5 3D打印机和PLA材料制作了原型,如果批量生产,她说将来可以更便宜地制造。


新型可3D打印的假肢卡槽,可按需定制假肢关节


与重量约为240克的传统插座相比,V3D的重量更轻,仅为170克,并且在轴向负载,弯曲和冲击测试期间,该设备能够承受10公斤的负载,最大50N的感应应力和跌落。高度不超过2.4米,并且没有任何可见的损坏。


在验证了她的新颖设计之后,Kamal招募了五名志愿者的帮助,由于新冠肺炎的限制,他们很强健,但仍然被证明能够评估该设备的舒适性和功能性。最终,插座可以适应每个参与者不同大小的肢体,但是当他们能够完全伸展肘部时,其屈曲自由度会根据设备的适合度而变化。


根据她的早期结果,Kamal得出结论,安装功能性承窝取决于弯头弯曲至90°时患者残余肢体的尺寸。为了适应这种情况,这位学生工程师为将来的插座配件制定了“尺寸指南”,然后补充说她设计的进一步迭代可能包括弯头球窝接头,从而为用户提供更大的屈曲范围。


在V3D最初取得成功之后,其设计现已传递到拉德布德大学医学中心(RUMC),在那里将开发3D打印假体以治疗荷兰和塞拉利昂的截肢者。在没有3D扫描仪的情况下,已经证明可以使用卡尺安装插座。


这一优势使得在无法使用3D扫描仪的社区中生产V3D变得可行。此外,可以对承窝进行参数设置,以使具有相似几何形状和相当大小的残肢的用户可以安装相同的承窝,这将使制造过程减少劳动强度和时间,从而达到了目标。


虽然AM通常用于制造假肢,但通常用于制造肢体而不是其连接窝。过去,可穿戴设备专家UNYQ凭借其3D打印的腿部插座,在某种程度上逆转了这种趋势,尽管与Kamal的工作不同,该设备的确设计用于治疗下肢截肢者而不是上肢截肢者。


在其他地方,增材制造越来越能够实现更大范围的假肢生产,并且以色列理工学院的科学家们已经成功地创建了肢体3D打印生产线。通过将先进的成像技术与扫描和打印技术相结合,该团队现在能够通过单击一个按钮来制作逼真的肢体。


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