3D打印技術(shù)助力康復(fù)輔助器具事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

《2021 年中國殘疾人事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截止至 2021 年，我國肢體殘疾人數(shù)已超過2000萬，僅有177萬肢體殘疾者得到了基本康復(fù)服務(wù)。

據(jù)了解，他們大多采取裝配假肢的方式來實現(xiàn)缺失功能的代償。隨著數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的進步，使得以數(shù)字信息、數(shù)字制造為核心的生產(chǎn)方式在多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，截肢患者對于具有個性化定制、多功能特點的假肢有更加強烈的需求。而3D打印技術(shù)思路，如?Geomagic Freeform?軟件，可以滿足這一需求。

假肢的功能及其發(fā)展現(xiàn)狀

假肢是康復(fù)輔助器具的種類之一，是用工程技術(shù)的手段和方法，為彌補截肢者缺損的肢體而專門設(shè)計和制作裝配的人工假體，主要作用是代償缺損肢體的部分功能，使截肢者恢復(fù)一定的生活自理和工作能力。假肢的制作需要根據(jù)病患的生理情況進行個性化定制。

在假肢技術(shù)的發(fā)展歷程中，老式的假肢是用皮革、鋁板等材料制造，不僅外型不美觀，接受腔也很難與殘肢相匹配；目前常見的樹脂腔工藝，是采用石膏繃帶對病患部位取型，再以此進行翻模、修整，最后再用樹脂材料成型并進行組裝。

對制作師而言，這兩種方式工作強度較大、耗費時間較長，而且制作出來的接受腔不一定貼合病患部位；假肢成品具有重量大、不透氣、不防水等弊端，影響患者穿戴時的體驗感。

3D打印技術(shù)助力康復(fù)輔助器具研發(fā)

湖北省康復(fù)輔具技術(shù)中心是湖北省民政廳主管的公益一類事業(yè)單位，致力于組織研發(fā)、配置和推廣面向殘障人士及老年患者的康復(fù)輔助器具。2014年起，中心在國內(nèi)率先開展3D打印技術(shù)在小腿假肢、脊柱矯形器、矯形鞋墊等領(lǐng)域的應(yīng)用探索。

在各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，中心技質(zhì)科副科長劉萬及其團隊從傳統(tǒng)假肢矯形器的痛點出發(fā)，創(chuàng)新的采用三維掃描、計算機輔助設(shè)計、3D打印等數(shù)字化技術(shù)，突破制造、材料選擇等重重難關(guān)，研發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的增材制造（3D 打?。┫盗锌祻?fù)輔具，并率先應(yīng)用到患者的實際生活中。

使用3D打印技術(shù)制作假肢時：

• 首先對患者病患部位進行無接觸式的光學(xué)三維掃描，有效避免了傳統(tǒng)石膏取型可能造成“二次傷害”的劣勢；

• 然后借助專用假肢修型平臺，為殘肢模型進行精準(zhǔn)修型，縮短設(shè)計周期；

• 引入先進的計算機輔助設(shè)計軟件完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建模，形成與患者殘情相匹配的精準(zhǔn)化模型；

• 通過3D打印工藝，實現(xiàn) 24 小時無人值守加工，提高了生產(chǎn)效率；

• 搭配后處理工藝，能實現(xiàn)外觀顏色、圖案、花紋個性化定制；

• 利用數(shù)字化技術(shù)，還能對患者適配情況進行分析和跟蹤，實現(xiàn)三維模型和電子檔案的存檔與調(diào)用。

3D打印一體化小腿假肢具有“輕便、透氣、防水”功能特點。借助有限元分析技術(shù)，在保證強度的前提下實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計；將自主研發(fā)的多層透氣微孔、鏤空點陣等立體結(jié)構(gòu)應(yīng)用到接受腔的制作中，與專用內(nèi)襯套或硅膠套形成“排汗通道”，解決了傳統(tǒng)假肢穿戴不透氣的歷史難題；利用3D打印技術(shù)將尼龍粉末一體化燒結(jié)成型，由于不含金屬零部件，解決了傳統(tǒng)假肢“洗澡難”的問題。

Geomagic Freeform 軟件與增材制造技術(shù)的深度融合

湖北省康復(fù)輔具技術(shù)中心自主研發(fā)的3D打印系列康復(fù)輔具的技術(shù)核心之一是數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計與建模，主要是通過計算機輔助設(shè)計完成從掃描數(shù)據(jù)到成品數(shù)字模型的步驟。在深入研發(fā)的過程中，Oqton堃騰公司的Geomagic Freeform?軟件憑借其獨有的 3D 有機設(shè)計系統(tǒng)，進入了該中心技術(shù)團隊的視野。

Geomagic Freeform?是一款基于觸摸的觸覺設(shè)備相結(jié)合的 3D 設(shè)計軟件，它將傳統(tǒng)的手工藝轉(zhuǎn)化為有機的、數(shù)字化的定制設(shè)計。有助于實現(xiàn) 3D 掃描處理、客制化設(shè)計以及增材制造生產(chǎn)全鏈路。滿足了對假肢的功能性、舒適性以及美觀性的高標(biāo)準(zhǔn)需求，提供了數(shù)字化設(shè)計的解決方案。它的三大功能特性有利于進行3D打印康復(fù)輔具設(shè)計。

Geomagic Freeform三大功能助力康復(fù)輔具設(shè)計

01 突破性的數(shù)字化設(shè)計體驗

Freeform 設(shè)計系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合的形式，包含了模擬立體雕刻體驗的觸覺設(shè)備 Touch 力反饋雕刻筆，通過直觀的觸覺反饋、最大程度將傳統(tǒng)雕塑設(shè)計的經(jīng)驗無損轉(zhuǎn)化為數(shù)字設(shè)計，有效縮短設(shè)計師的學(xué)習(xí)曲線，同時加快三維設(shè)計實現(xiàn)進程。

02 突破性的數(shù)字化設(shè)計體驗

接受腔是與患者殘肢相接觸的組成部分，是假肢的重要零部件之一。3D打印技術(shù)的高自由度成型使得透氣衛(wèi)生、“能夠呼吸”的假肢穿戴體驗成為可能，這就需要與殘肢更匹配的曲面與更優(yōu)化的透氣結(jié)構(gòu)來達到舒適透氣的設(shè)計效果。

湖北省康復(fù)輔具技術(shù)中心技術(shù)團隊根據(jù)患者的生理情況或使用習(xí)慣，使用?Freeform?來精確控制設(shè)計輸入?yún)?shù)（如網(wǎng)格花紋、密度、大?。?，實現(xiàn)接受腔等部件的優(yōu)化設(shè)計建模。

03 設(shè)計與制造無縫銜接

使用?Freeform 軟件設(shè)計的輔具產(chǎn)品，可以直接輸出成為通用的三維模型格式。將模型傳輸至專用工業(yè)級的3D打印設(shè)備，即可實現(xiàn)設(shè)計的三維模型能一鍵打印，避免了模型轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)不兼容的煩惱。

3D打印技術(shù)為殘障人士插上騰飛的翅膀

湖北省康復(fù)輔具技術(shù)中心經(jīng)過多年的研發(fā)應(yīng)用，積累了患者模型與案例數(shù)據(jù) 100 余例，患者年齡分布從 7 歲的小學(xué)生到 93 歲高齡的抗戰(zhàn)老兵，最長的使用案例已超過 72 個月。

家住武漢的盧師傅就是這項技術(shù)的受益人，他因年輕的時候受工傷，失去了雙腿，一直渴望能夠像健全人一樣正常站立和行走。他平時生活中運動量大，而之前穿戴的傳統(tǒng)假肢較重、不透氣，行走時間長了就發(fā)熱、流汗、瘙癢。

中心技術(shù)團隊為盧師傅定制了3D打印一體化雙小腿假肢并適配，解決了傳統(tǒng)假肢不透氣的歷史問題，取得了極好的康復(fù)效果。盧師傅作為中心的產(chǎn)品模特，多次參加展會和技術(shù)交流，獲得了業(yè)內(nèi)專家廣泛關(guān)注和認(rèn)可，展現(xiàn)了假肢數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的新成績。

盧師傅說：“以前總覺得自己是家里的負(fù)擔(dān)，自從穿了3D打印輔具，現(xiàn)在也能分擔(dān)一些家務(wù)了，買菜做飯、洗衣服甚至是搬運煤氣罐，最遠的一次行走了 5 里路。活動范圍更大了，就像給我們殘疾人插上了騰飛的翅膀”。類似盧師傅這樣的案例還有很多，中心技質(zhì)科副科長劉萬表示，“我們希望通過先進的Freeform 軟件，把每一件輔具產(chǎn)品當(dāng)藝術(shù)品來設(shè)計，我們將與患者一起并肩同行，助他們邁開幸福人生。”

馬路科技（RATC）成立于1996年，是以三維測量、三維掃描、逆向工程以及三維打印等先進技術(shù)為導(dǎo)向的科技公司客戶主要來自汽車、航空航天以及消費品等產(chǎn)業(yè)，馬路科技在大中華地區(qū)共有八個服務(wù)點，有超過200名專家提供在地專業(yè)技術(shù)支持及服務(wù)。