摘要：3D打印又被稱作增材制造(AM)，是根據(jù)設計的立體模型，通過3D打印設備逐層的增加材料，最終得到所需3D實體的工藝過程。由于3D打印具備個性化定制的特點，所以在醫(yī)療行業(yè)的應用極為廣泛，譬如利用3D打印技術可以打印出不同的人體生物器官、患者的手術模型和適配的康復輔助器具等。本文重點介紹3D打印技術制作康復輔具的優(yōu)勢和目前存在的問題。


康復輔具市場一直都是3D打印技術的重點應用領域。近年來，3D打印技術逐漸在矯形器、假肢和助聽器等康復輔具上得到了廣泛應用。因為需要康復的對象身體情況存在差異性，所以醫(yī)療輔具市場的定制化需求較為明顯。而3D打印技術不僅可以解決這種定制化需求，還能大大的降低康復輔具的制作成本，為老年和殘障人士帶來了新的希望。

3D打印在輔具制作上優(yōu)勢明顯

3D打印技術與傳統(tǒng)制造輔具相比，3D打印可以省去模具制造的時間成本，提高研發(fā)速度，降低研發(fā)失敗的成本。3D打印技術可以根據(jù)計算機的圖形數(shù)據(jù)，增材制造出各種形狀的輔具產(chǎn)品，能提高材料的利用率，在較短的時間內制造出結構更為復雜的輔具產(chǎn)品。

傳統(tǒng)制造康復輔具的制作流程較為復雜，首先企業(yè)要根據(jù)患者的大體情況分類來進行不同型號產(chǎn)品的設計。然后模具制造廠根據(jù)設計開發(fā)圖紙，進行模具制造。由于模具制造的費用較高，廠家一般都會設定基本的型號，來控制成本。模具制造完成后，還需要為模具設計開發(fā)出合適的工裝夾具。完成模具和夾具開發(fā)后，企業(yè)才會進行大批量的注塑。得到的產(chǎn)品尺寸少，型號有限，難以與患者的身體結構精準匹配。整個制作過程生產(chǎn)量大、流程復雜、周期長、型號規(guī)格較少。

然而運用3D打印技術制作醫(yī)用康復輔具的流程就較為簡單，首先要取得患者的骨骼、皮膚或體型等相關數(shù)據(jù)圖像，三維重建后進行設計，然后將設計好的數(shù)據(jù)模型導入“打印機”(預備好相關的制作材料)，打印后再進行簡單的處理加工就能得到定制式的康復輔具。整個制作過程方便、簡單、快捷，而且具備精準化、個性化特點，不僅縮短了時間成本而且提高產(chǎn)品與患者身體結構的匹配度。


圖1 3D打印技術與傳統(tǒng)制作輔具的生產(chǎn)過程

(資料來源：中國知網(wǎng))

3D 打印技術在輔具制作上的應用

3D 打印技術適用于個性化定制需求，提供的產(chǎn)品基本上都是定制的。3D 打印技術在輔具制作上的引入，大大降低了定制的成本。目前3D打印應用于以下兩個方面：一是無須留在體內的醫(yī)療器械，包括醫(yī)療模型、假肢、助聽器、診療器械、各種輔助器具、手術導板等; 二是個性化永久性人體植入物，使用相關打印材料如鈦合金、生物陶瓷等通過設備打印出人體所用的牙齒、骨骼和關節(jié)等。

目前，3D打印技術在輔具制作中有兩種應用方式，一是用激光掃描設備對人體特定部位掃描采集數(shù)據(jù)，經(jīng)專業(yè)人士對數(shù)據(jù)進行處理形成三維模型數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控人員的操作編出數(shù)控加工程序，將程序輸入到數(shù)控加工設備中，加工設備根據(jù)電腦程序加工出與數(shù)據(jù)模型一模一樣的產(chǎn)品，最后再進行修整。二是利用磁共振技術和CT掃描采集完整的骨骼數(shù)據(jù)，然后在計算機上構建出殘疾人骨骼的3D圖像，通過3D打印設備打印出完整的與殘疾人相同的材料模型。根據(jù)模型殘缺的情況，設計制造出假體模擬安裝和修整，模擬安裝完成后，再使用相關材料打印出真正的植入假體。

3D打印技術在輔具制作上需要解決的問題

現(xiàn)在市面上的3D 打印機是將塑料加熱，然后通過噴嘴噴出設計模型。這一過程會產(chǎn)生有害的廢氣和毒氣影響人體及環(huán)境。

其次，由于康復輔具是患者長期佩戴的，所以就要求生產(chǎn)出來的輔具盡可能輕便。原材料要求耐濕、輕便柔軟等屬性，以保證患者的佩戴舒適。同時材料應具有良好的生物性能和足夠的力學強度，所以要求材料必須能夠液化、絲化、粉末化，經(jīng)打印后可以重新結合。對于金屬粉末而言，材料的粒度分布、流動性、氧含量、松裝密度等性能的要求會更高。目前，金屬粉末原料包括高溫合金和鈦合金，這種高規(guī)格的原材料只能依靠進口解決，周期長、價格高。

除了機器和材料上需要解決的問題外，3D打印行業(yè)標準的欠缺是國內外共同面臨的問題。3D打印所需要的材料與傳統(tǒng)不同，所以現(xiàn)有的行業(yè)標準并不適用，需要研究并制定相應的行業(yè)標準。另外，傳統(tǒng)的監(jiān)管模式能否適應這種高效的3D打印技術，也是需要進行驗證的。

我國在3D打印輔具上的研發(fā)成效顯著

我國在假肢制作方面已具備基本的3D打印技術和研究實力，以假肢為例，北京假肢研究所已經(jīng)開發(fā)出適合我國人體體型的接受腔CAM/CAD 系統(tǒng);清華大學、中科院合肥智能機械研究所、中科院成都分院等單位均有三維測力臺產(chǎn)品。

值得一提的是清華大學研發(fā)團隊還推出了“M-RPMS 型多功能快速原型制造系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是世界上唯一擁有兩種快速成型工藝的系統(tǒng)，并且擁有自主知識產(chǎn)權。之后又改進了產(chǎn)品化工作，這是在世界上首先完成無木模鑄型制造工藝的技術。

總結

3D打印作為先進制造領域的代表性技術，在康復輔具制作上具有明顯優(yōu)勢，但目前應用程度尚淺，仍然存在諸多問題有待解決。3D 打印技術對于康復輔助器具的創(chuàng)新發(fā)展以及推廣應用都有重大推動，隨著科學的進步，研究人員對3D打印的不斷探索，3D打印技術在輔具的應用上必將有一個革命性的突破。