增材制造对于推进矫形技术重大变革所发挥的作用

发布时间：2017-02-23 www.cechina.cn

　　矫形外科技术3D打印供应商 plus medica OT公司的首席运营官Alexander Hülk对增材制造（3D打印）的矫形器评价到：“没有人喜欢佩戴矫形器。不过，如果在日常生活中几乎可以忽略它的存在，甚至还充满美感，则可大幅延长佩戴时间，从而使矫形器达到满意的治疗效果。患者佩戴增材制造工艺制成的矫形器后，通常都会继续使用。这种矫形器的贴合度、佩戴舒适度和外观明显优于传统工艺制造的矫形器。”
　　矫形器的设计与制造存在哪些挑战？3D打印技术又是怎样助力 plus medica OT公司制造出既贴合、舒适又美观的外科矫形器的？3D打印技术为矫正器的设计与制造带来了哪些便利性？ plus medica OT公司的3D打印矫形器设计与制造过程对这些问题做了很好的诠释。
　　定制化设计与集成式的功能
　　在涉及到支撑型矫形器时，矫形外科技术人员通常受到个性化结构的束缚，因为形态、功能和材料厚度配置必须适合每位患者的需求。当需要采用复杂结构时，传统工艺通常已达到自身极限。此外，由于其生产成本较高而且非常耗时，因此没有现货可用。为解决这些问题，plus medica OT 采用了工业3D打印技术。借助 EOS GmbH 的生产系统和咨询服务，该公司可根据每个患者需求来量身定制矫形器，而传统工艺几乎无法实现这一点。
　　面临的挑战
　　每个人都是独一无二的，而在矫形外科领域尤为如此，矫形外科的目标就是根据个性化需求来支撑或恢复人体活动能力。为使治疗圆满成功，矫形器的设计必须与患者的解剖结构和治疗需求精确匹配。这也解释了矫形器需按定制结构生产或进行小批量定制生产的原因，因为直到如今，矫形外科技术人员一直根据各种可行的传统生产方法（例如铸造、成 型、建模和铣削等）来构建矫形器。但是，复杂的结构和不同的材料厚度要求已达到了现有传统加工工艺的极限。
　　如果需要在同一款产品中融合多种功能，必须以手动方式将多个单独的零部件组合形成矫形器成品，而这是一个非常耗时的过程。同时，对于存在神经系统疾病（例如瘫 痪、中风或多发性硬化症等）发病风险的患者，还必须尽快使用矫形器来支持他们的灵活移动性。对儿童进行治疗时，需要进一步考虑的因素是他们生长速度很快，这意味着辅助用品必须频繁更换。
　　plus medica OT 是一家3D打印医疗辅助用品供应商，他们已经意识到了这些挑战，并确立了采用工业3D 打印提升患者护理水平的目标，将传统的矫形技术工艺与增材制造带来的各种可能性相结合，基于全新的设计方案为患者量身定制质量卓越矫形器。“我们将矫形外科手工工艺与增材制造的优势相结合。”plus medica OT 首席运营官 Alexander Hülk 表示。
　　解决方案
　　自2015年起，plus medica OT致力于开发、构建、生产和销售采用增材制造技术制造的矫形器。 该公司的关键重点是利用该项技术的潜力来提升患者护理水平，并为矫形外科技术人员提供这项技术。为此，该公司致力于从经济和技术层面优化这类组件，并且尤为关注矫形器的形态和功能。这就是全球首家矫形外科技术的3D打印供应商 plus medica OT能与当地整形外科技术人员密切合作的原因所在。只有根据矫形外科技术的要求协调设计和增材制造的所有工艺，才有可能取得最佳的效果。

图片来源：plus medica OT
良好的透气性：这种踝关节/足部矫形器上有很多透气孔，环状封闭系统几乎覆盖整个脚面，从而防止出汗过多。

　　为此，该公司与3D 打印领域的技术领导者 EOS 开展合作。EOS不仅提供所需的系统和材料，还能在开发和生产过程中为用户提供各种支持。“我们从 EOS 提供的实力极强且基于合作伙伴的咨询服务中受益良多，例如，就选择最适合的材料为我们提供了大力支持。”Alexander Hülk 解释到。经验丰富的医学工程应用专家帮助他积累专业知识，并为其展示如何全面挖掘该技术的潜能。而且直到现在，当遇到设计优化和功能集成相关问题时，他们仍能随时提供帮助。

图片来源：plus medica OT
全方位理念：（从左至右）集成式小腿（上部） 用魔术贴固定件、整体式关节系统、带徽标的运动止动装置、便于保持稳定性的集成跟骨板以及通过突片锁连接内部足部组件 (DAFO)。

　　plus medicaOT 在制造矫形器时，首先会由矫形外科技术人员为患者制作石膏模型。然后，直接在石膏模型上设计矫形器。之后，矫形外科技术人员将石膏模型和订货单一并送到 plus medica OT。随后，使用3D扫描仪对石膏模型进行数字化。接下来，plus medica OT采用CAD程序设计出矫形器，并将构建数据传输到生产系统 EOS P 396。利用激光束将精细的粉末材料逐层烧结叠加，最终制造出零部件。这样，无需任何特殊工具，即可制造出所能想象的任意形状的矫形器。采用的材料是尼龙聚合物，具有出色的硬度和耐冲击度，在重负荷下既不会碎裂也不会断裂，降低了患者受伤的风险。
　　成果
　　增材制造助力 plus medica OT 采用新方法生产出质量卓越的辅助用品，即使是复杂的结构也能轻松制造。此外，在同一个矫形器中可以变换不同的材料厚度，从而达到增强特定部位的灵活性或硬度。关节和封闭系统或魔术贴固定件等标准零部件可集成在矫形器的任意位置。同样也可应用到透气口上来改善其透气性。
　　“在同一矫形器中融合多种几何形状并使其具有较薄的壁厚和集成功能，这是采用传统生产工艺无法轻松实现的。”Alexander Hülk 满意的解释到。与以往相比，采用新工艺制成的矫形器能够更好地契合患者需求。而且，显然定制这种辅助用品也相对容易且经济实惠。如果患者有定制需求，可以在工件表面重新制作样式，而无需扩展生产过程。后续的染色和上漆工艺可形成丰富多彩的颜色。对于 Alexander Hülk 而言，重量和集成功能优化、良好的透气性和极具吸引力的设计都是治疗取得成功的决定性因素：“没有人喜欢佩戴矫形器。不过，如果在日常生活中几乎可以忽略它的存在，甚至还充满美感，则可大幅延长佩戴时间，从而使矫形器达到满意的治疗效果。”
　　EOS 技术的另一大优势是零部件可轻松再现：开发成功后，可随时生产质量相同的矫形器。例如，对于儿童矫形器，由于需要不断更换尺寸，但功能和结构却要保持不变。因此，这也相当重要。如果矫形外科技术人员还采用其专用的3D扫描仪，则还会缩短设计过程。
　　欢迎在TCT Asia 2017 亚洲展会期间与EOS的专家进行交流，深入了解EOS 增材制造解决方案。

　　EOS 展台亮点
　　TCT Asia 2017 亚洲展会期间，EOS M 290增材制造系统将在展台上亮相，EOS M 290拥有专为工业生产而设计的直观用户界面、智能化的软件，并配合开放、标准化的参数集和改进的过滤系统，可灵活、高效的直接制造金属零部件、备品备件和功能性产品原型。
　　●构建尺寸：250 x 250 x 325 mm
　　●400瓦光纤激光器提供质量、性能稳定的高光束
　　●在氩气和氮气的环境下工作，可打印包括轻金属、不锈钢、模具钢、高温合金在内的多种材料
　　●增强的监控系统EOS PowderBed、EOSTATE Base和EOSTATE LaserMonitoring 为高水平的打印质量提供保证
　　●EOS ParameterSets （参数集）为用户提供标准化的零件属性配置，通过EOSParameterEditor（参数编辑器）用户可根据具体应用开发自己的参数。