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


康復(fù)輔具市場(chǎng)一直都是3D打印技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，3D打印技術(shù)逐漸在矯形器、假肢和助聽器等康復(fù)輔具上得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)樾枰祻?fù)的對(duì)象身體情況存在差異性，所以醫(yī)療輔具市場(chǎng)的定制化需求較為明顯。而3D打印技術(shù)不僅可以解決這種定制化需求，還能大大的降低康復(fù)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(shì)明顯

3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造輔具相比，3D打印可以省去模具制造的時(shí)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(shù)可以根據(jù)計(jì)算機(jī)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(shí)間內(nèi)制造出結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的輔具產(chǎn)品。

傳統(tǒng)制造康復(fù)輔具的制作流程較為復(fù)雜，首先企業(yè)要根據(jù)患者的大體情況分類來進(jìn)行不同型號(hào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。然后模具制造廠根據(jù)設(shè)計(jì)開發(fā)圖紙，進(jìn)行模具制造。由于模具制造的費(fèi)用較高，廠家一般都會(huì)設(shè)定基本的型號(hào)，來控制成本。模具制造完成后，還需要為模具設(shè)計(jì)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(huì)進(jìn)行大批量的注塑。得到的產(chǎn)品尺寸少，型號(hào)有限，難以與患者的身體結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)匹配。整個(gè)制作過程生產(chǎn)量大、流程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、型號(hào)規(guī)格較少。

然而運(yùn)用3D打印技術(shù)制作醫(yī)用康復(fù)輔具的流程就較為簡(jiǎn)單，首先要取得患者的骨骼、皮膚或體型等相關(guān)數(shù)據(jù)圖像，三維重建后進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)模型導(dǎo)入“打印機(jī)”(預(yù)備好相關(guān)的制作材料)，打印后再進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理加工就能得到定制式的康復(fù)輔具。整個(gè)制作過程方便、簡(jiǎn)單、快捷，而且具備精準(zhǔn)化、個(gè)性化特點(diǎn)，不僅縮短了時(shí)間成本而且提高產(chǎn)品與患者身體結(jié)構(gòu)的匹配度。


圖1 3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制作輔具的生產(chǎn)過程

(資料來源：中國(guó)知網(wǎng))

3D 打印技術(shù)在輔具制作上的應(yīng)用

3D 打印技術(shù)適用于個(gè)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(shù)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(yīng)用于以下兩個(gè)方面：一是無須留在體內(nèi)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(shù)導(dǎo)板等; 二是個(gè)性化永久性人體植入物，使用相關(guān)打印材料如鈦合金、生物陶瓷等通過設(shè)備打印出人體所用的牙齒、骨骼和關(guān)節(jié)等。

目前，3D打印技術(shù)在輔具制作中有兩種應(yīng)用方式，一是用激光掃描設(shè)備對(duì)人體特定部位掃描采集數(shù)據(jù)，經(jīng)專業(yè)人士對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)備中，加工設(shè)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(jìn)行修整。二是利用磁共振技術(shù)和CT掃描采集完整的骨骼數(shù)據(jù)，然后在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建出殘疾人骨骼的3D圖像，通過3D打印設(shè)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(shè)計(jì)制造出假體模擬安裝和修整，模擬安裝完成后，再使用相關(guān)材料打印出真正的植入假體。

3D打印技術(shù)在輔具制作上需要解決的問題

現(xiàn)在市面上的3D 打印機(jī)是將塑料加熱，然后通過噴嘴噴出設(shè)計(jì)模型。這一過程會(huì)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(fù)輔具是患者長(zhǎng)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(shí)材料應(yīng)具有良好的生物性能和足夠的力學(xué)強(qiáng)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(jié)合。對(duì)于金屬粉末而言，材料的粒度分布、流動(dòng)性、氧含量、松裝密度等性能的要求會(huì)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(jìn)口解決，周期長(zhǎng)、價(jià)格高。

除了機(jī)器和材料上需要解決的問題外，3D打印行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的欠缺是國(guó)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)并不適用，需要研究并制定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外，傳統(tǒng)的監(jiān)管模式能否適應(yīng)這種高效的3D打印技術(shù)，也是需要進(jìn)行驗(yàn)證的。

我國(guó)在3D打印輔具上的研發(fā)成效顯著

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

值得一提的是清華大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(shí)產(chǎn)權(quán)。之后又改進(jìn)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(shù)。

總結(jié)

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