摘要：3D打印又被稱作增材製造(AM)，是根據設計的立體模型，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。由於3D打印具備個性化定製的特點，所以在醫療行業的應用極為廣泛，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複輔助器具等。本文重點介紹3D打印技術製作康複輔具的優勢和目前存在的問題。


康複輔具市場一直都是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、假肢和助聽器等康複輔具上得到了廣泛應用。因為需要康複的對象身體情況存在差異性，所以醫療輔具市場的定製化需求較為明顯。而3D打印技術不僅可以解決這種定製化需求，還能大大的降低康複輔具的製作成本，為老年和殘障人士帶來了新的希望。

3D打印在輔具製作上優勢明顯

3D打印技術與傳統製造輔具相比，3D打印可以省去模具製造的時間成本，提高研發速度，降低研發失敗的成本。3D打印技術可以根據計算機的圖形數據，增材製造出各種形狀的輔具產品，能提高材料的利用率，在較短的時間內製造出結構更為複雜的輔具產品。

傳統製造康複輔具的製作流程較為複雜，首先企業要根據患者的大體情況分類來進行不同型號產品的設計。然後模具製造廠根據設計開發圖紙，進行模具製造。由於模具製造的費用較高，廠家一般都會設定基本的型號，來控製成本。模具製造完成後，還需要為模具設計開發出合適的工裝夾具。完成模具和夾具開發後，企業才會進行大批量的注塑。得到的產品尺寸少，型號有限，難以與患者的身體結構精準匹配。整個製作過程生產量大、流程複雜、周期長、型號規格較少。

然而運用3D打印技術製作醫用康複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據圖像，三維重建後進行設計，然後將設計好的數據模型導入“打印機”(預備好相關的製作材料)，打印後再進行簡單的處理加工就能得到定製式的康複輔具。整個製作過程方便、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品與患者身體結構的匹配度。


圖1 3D打印技術與傳統製作輔具的生產過程

(資料來源：中國知網)

3D 打印技術在輔具製作上的應用

3D 打印技術適用於個性化定製需求，提供的產品基本上都是定製的。3D 打印技術在輔具製作上的引入，大大降低了定製的成本。目前3D打印應用於以下兩個方麵：一是無須留在體內的醫療器械，包括醫療模型、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、骨骼和關節等。

目前，3D打印技術在輔具製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據，經專業人士對數據進行處理形成三維模型數據，此數據經過數控人員的操作編出數控加工程序，將程序輸入到數控加工設備中，加工設備根據電腦程序加工出與數據模型一模一樣的產品，最後再進行修整。二是利用磁共振技術和CT掃描采集完整的骨骼數據，然後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。根據模型殘缺的情況，設計製造出假體模擬安裝和修整，模擬安裝完成後，再使用相關材料打印出真正的植入假體。

3D打印技術在輔具製作上需要解決的問題

現在市麵上的3D 打印機是將塑料加熱，然後通過噴嘴噴出設計模型。這一過程會產生有害的廢氣和毒氣影響人體及環境。

其次，由於康複輔具是患者長期佩戴的，所以就要求生產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，經打印後可以重新結合。對於金屬粉末而言，材料的粒度分布、流動性、氧含量、鬆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，這種高規格的原材料隻能依靠進口解決，周期長、價格高。

除了機器和材料上需要解決的問題外，3D打印行業標準的欠缺是國內外共同麵臨的問題。3D打印所需要的材料與傳統不同，所以現有的行業標準並不適用，需要研究並製定相應的行業標準。另外，傳統的監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打印輔具上的研發成效顯著

我國在假肢製作方麵已具備基本的3D打印技術和研究實力，以假肢為例，北京假肢研究所已經開發出適合我國人體體型的接受腔CAM/CAD 係統;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台產品。

值得一提的是清華大學研發團隊還推出了“M-RPMS 型多功能快速原型製造係統”，該係統是世界上唯一擁有兩種快速成型工藝的係統，並且擁有自主知識產權。之後又改進了產品化工作，這是在世界上首先完成無木模鑄型製造工藝的技術。

總結

3D打印作為先進製造領域的代表性技術，在康複輔具製作上具有明顯優勢，但目前應用程度尚淺，仍然存在諸多問題有待解決。3D 打印技術對於康複輔助器具的創新發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。