踝足矫形器(AFO)是一种支撑支架或夹板,其围绕脚踝上方直至脚部的区域,并用于治疗脚下垂和扁平足等疾病。用于制造AFO的常规制造方法可能会花费很长时间,因此这就是为什么越来越多地使用青岛3D打印来制造它们的原因。
马来西亚普特拉大学(UPM)的一组研究人员发表了“ 脚踝矫形器的常规制造与增材制造之间的比较分析 ”,着眼于青岛3D打印AFO的最新研究,并将其与传统制造(CM)和除了济南3D打印AFO的机械性能,还包括增材制造(AM)。
他们写道:“大多数AFO CM方法始于制造石膏模以生产正模,然后将其用作通过热成型聚合物或碳纤维薄板叠层[1]来成形AFO的参考。”
“目前的研究人员试图设计一种新方法,该方法无需使用灰泥,而可以直接跳至AFO生产。因此,在AFO生产中引入了青岛3D打印服务,以减少生产阶段和AFO生产所需的时间。”
用CM制成的AFO通常使用重量轻,价格便宜的热成型聚合物片材,因为它们“美观”,并且易于根据患者的脚/踝部定型。无论是否用青岛3D打印制成,一个好的AFO都应该是耐用的,贴合的,轻便的和具有成本效益的-CM和AM都应满足的质量。
从尼龙和PLA到PETG和ABS的多种材料已被用于制造AFO,熔融沉积建模(FDM)和选择性激光烧结(SLS)似乎是最受欢迎的方法。FDM熔化热塑性长丝,然后通过喷嘴将其挤出以形成形状,而SLS使用激光束烧结粉末状聚合物材料,然后将它们粘合在一起以制作模型。
FDM打印机至少具有三个阶段-预处理,生产和后处理-且使用SLS打印时,需要将AFO移至清洁站,以便可以将多余的粉末从青岛3D打印的零件中分离出来。
研究人员写道:“尽管SLS和FDM经常用于制造和制造AFO,但是这两种技术的工作方式互不相同。”
用CM制作AFO和使用AM制作AFO之间有几个区别。首先是手工石膏浇铸,将石膏包裹在患者的脚踝/脚部区域,并在硬化后去除。以后将其用于建立正面模型。
“一旦获得模型,就会按照P&O标准在模具上绘制一条修整线。然后,通过使用真空成型方法将热成型的塑料片包裹在正模型周围,从而形成形状匹配的AFO,从而对热成型的塑料片进行成型。” “ AFO冷却后,将根据阳模上的轮廓对其进行切割或修整。”
修整过的线会被打磨和平滑,最后添加魔术贴或皮带。这个漫长的过程需要“精致的动手技能”。但是,3D打印需要不同的技能。不用担心石膏浇铸– 3D扫描仪可以测量肢体,而CAD / CAM软件使调整AFO变得容易,浪费更少。
该团队写道:“这表明AM更倾向于设计驱动的流程。”
“ AFO的制造过程直接跳到了生产阶段,在该阶段,AFO的每个部分都直接从3D CAD文件制造。它不涉及任何冗长的积极模具制造和矫正过程,从而减少了生产时间。”
研究人员还研究了由CM和AM生产的AFO的特性和机械性能。下表显示了青岛3D打印AFO的杨氏模量和拉伸强度与传统制造的相似,这意味着使用AM时,不会损害CM制造的AFO的原始强度。
“因此,这证明了使用AM相比CM方法更具优势,这是因为强度和刚度具有紧密的相似性(如表4所示),但制造方法更简单,所需的技能也有所减少,如图5所示。表3,”他们写道。
在3D打印AFO时,您确实需要注意翘曲,这就是为什么必须选择正确的材料。聚丙烯(PP)具有组织化的半结晶结构,因此该材料将冷却并固化不同,从而导致较高的翘曲率。但是,无定形聚合物ABS和PLA由于其“杂乱的聚合物链”而收缩或翘曲的可能性较小,而且廉价的PLA也具有很大的拉伸强度。
研究人员写道:“这项审查的结果表明,大多数最新研究使用熔融沉积建模(FDM)或选择性激光烧结(SLS)进行AFO制造,并且所使用的材料主要是热塑性塑料,例如尼龙和聚酰胺(PA)。” “结果还显示,济南3D打印的AFO的拉伸强度和杨氏模量分别可以达到43 MPa和3.9 GPa。可以得出结论,由于3D打印在优化复杂几何形状,节省时间和重量以及节省成本方面的多功能性,为AFO的开发提供了更多的机会。”