複雜結構與訂製設計 – 積層製造對於推進矯形技術重大變革所發揮的作用

良好的透氣性:這種踝關節/足部矯形器上有很多透氣孔,環狀封閉系統幾乎覆蓋整個腳面,從而防止出汗過多。 (來源:plus medica OT)

在涉及到支撐型矯形器時,矯形外科技術人員通常受到個性化結構的束縛,因為形態、功能和材料厚度配置必須適合每位元患者的需求。當需要採用複雜結構時,傳統工藝通常已達到自身極限;此外,由於其生產成本較高而且非常耗時,因此沒有現貨可用。為解決這些問題,plus medica OT採用了工業3D列印技術,借助EOS GmbH的生產系統和諮詢服務,該公司可根據每個患者需求來量身訂製矯形器,而傳統工藝幾乎無法實現這一點。

每個人都是獨一無二的,在矯形外科領域尤為如此。矯形外科的目標就是根據個性化需求來支撐或恢復人體活動能力。為使治療圓滿成功,矯形器的設計必須與患者的解剖結構和治療需求精確匹配。這也解釋了矯形器需按訂製結構生產或進行小批量訂製生產的原因,因為直到如今,矯形外科技術人員一直根據各種可行的傳統生產方法(例如鑄造、成型、建模和銑削等)來構建矯形器;但是,複雜的結構和不同的材料厚度要求已達到了現有傳統加工工藝的極限,如果需要在同一款產品中融合多種功能,必須以手動方式將多個單獨的零部件組合形成矯形器成品,而這是一個非常耗時的過程。同時,對於存在神經系統疾病(例如癱瘓、中風或多發性硬化症等)發病風險的患者,還必須儘快使用矯形器來支持他們的靈活移動性。對兒童進行治療時,需要進一步考慮的因素是他們生長速度很快,這意味著輔助用品必須頻繁更換。plus medica OT 已經意識到了這些挑戰,並為自身確立了採用工業 3D 列印提升患者護理水準的目標。


我們將矯形外科手工工藝與積層製造的優勢相結合

—-plus medica OT 首席運營官 Alexander Hülk


自 2015 年起,plus medica OT 致力於開發、構建、生產和銷售採用積層製造技術製造矯形器。該公司的關鍵重點是利用該項技術的潛力來提升患者護理水準, 並為矯形外科技術人員提供這項技術。為此,該公司致力於從經濟和技術層面優化這類組件,並且尤為關注矯形器的形態和功能。這就是全球首家矯形外科技術的 3D 列印供應商 plus medica OT 能與當地整形外科技術人員密切合作的原因所在。只有根據矯形外科技術的要求協調設計和積層製造的所有工藝,才有可能取得最佳的效果。為此,該公司與 3D 列印領域的技術領導者 EOS 開展合作。EOS 不僅提供所需的系統和材料,還能在開發和生產過程中為用戶提供各種支援。


我們從 EOS 提供的實力極強且基於合作夥伴的諮詢服務中受益良多,例如,就選擇適合的材料為我們提供了大力支持。

Alexander Hülk 解釋道。


經驗豐富的醫學工程應用專家説明他累積專業知識,並為其展示如何全面挖掘該技術的潛能。而且直到現在,當遇到設計優化和功能集成相關問題時,他們仍能隨時提供幫助。plus medica OT 在製造矯形器時,首先會由矯形外科技術人員為患者製作石膏模型;然後,直接在石膏模型上設計矯形器。之後,矯形外科技術人員將石膏模型和訂貨單一併送到 plus medica OT。隨後,使用 3D 掃描器對石膏模型進行數位化。接下來,plus medica OT 採用 CAD 程式設計出矯形器,並將構建資料傳輸到生產系統 EOS P 396。利用雷射光束將精細的粉末材料逐層燒結疊加,最終製造出零部件。這樣無需任何特殊工具,即可製造出所能想像的任意形狀的矯形器。採用的材料是尼龍聚合物,具有出色的硬度和耐衝擊度,在重負荷下既不會碎裂也不會斷裂,降低了患者受傷的風險。

採用積層製造技術助力 plus medica OT 採用新方法生產出品質卓越的輔助用品,即使是複雜的結構也能輕鬆製造。此外,在同一個矯形器中可以變換不同的材料厚度,從而達到增強特定部位的靈活性或硬度。關節和封閉系統或魔術貼固定件等標準零部件可集成在矯形器的任意位置。同樣也可應用到透氣口上來改善其透氣性。


在同一矯形器中融合多種幾何形狀並使其具有較薄的壁厚和集成功能,這是採用傳統生產工藝無法輕鬆實現的。

”Alexander Hülk 十分滿意地說。


與以往相比,採用新工藝製成的矯形器能夠更好地契合患者需求。而且,顯然訂製這種輔助用品也相對容易且經濟實惠。如果患者有訂製需求,可以在工件表面重新製作樣式,而無需擴展生產過程。後續的染色和上漆工藝可形成豐富多彩的顏色。對於 Alexander Hülk 而言,重量和集成功能優化、良好的透氣性和極具吸引力的設計都是治療取得成功的決定性因素。


沒有人喜歡佩戴矯形器。不過,如果在日常生活中幾乎可以忽略它的存在,甚至還充滿美感,則可大幅延長佩戴時間,從而使矯形器達到滿意的治療效果。”


EOS 技術的另一大優勢是零部件可輕鬆再現:開發成功後,可隨時生產品質相同的矯形器。例如,對於兒童矯形器,由於需要不斷更換尺寸,但功能和結構卻要保持不變。因此,這也相當重要。如果矯形外科技術人員還採用其專用的 3D 掃描器,則還會縮短設計過程。