组装很少的3D打印假肢有望在发展中国家得到更多
发布时间:2020-02-20 09:28
  |  
点击数:

关于被截肢者的统计数据,在最近发表的“ 非组装式3D打印手部假体的功能评估”中进行了讨论,令人不安,因为当今有近4000万人需要假肢,并且只有5%至15%的人获得了适当的假肢和负担得起的替代肢体。

虽然发展中国家的大城市的患者可能会获得一些少量的医疗保健服务,但生活在偏远地区的患者可能会发现运输方面的挑战,更不用说各地的费用了。对于那些获得医疗保健的人来说,他们返回随访医疗的机会很小。

3D打印已被证明可以为农村地区的医疗保健带来积极的好处,它可以提供通常以3D打印的智能手机附件形式的诊断设备,用于测试和治疗寄生虫感染,癌症,疟疾等。至于假肢,像e-NABLE这样的组织也一直在设计和制造无数的假肢设备,通常是为有需要的儿童提供的。

3D打印机相对易于掌握且购买价格合理,为发展中国家提供了不可否认的潜力。但是,复杂的组装可能会成为一个问题-研究人员只能设计出可以完全印刷的假肢。最现实的情况之一是服务人员完成假体的3D打印,从而允许通过本地有组织的网络将其交付给最终用户。

对于这项研究,研究人员设计了具有以下功能的假体:

  • 身体动力控制
  • 外观
  • 轻巧的结构
  • 防水防污

我们的3D打印义肢设计。左图中的手掌是半透明的,以显示内部机制(从上到下:板簧,三叉树机制和驱动链接),而右图则是3D打印的义肢,没有手掌。

每只假肢由四个手指和一个拇指组成,手指连接到手掌,然后通过鞭状树设计接合。

研究人员解释说:“所有运动中的手指都通过一种力传递方案来激活,该力传递方案是由一个主驱动连杆,三叉树装置以及连接四个手指的连杆组成的。“手由连接到主驱动连杆的鲍登电缆致动,该电缆随电缆的运动而作线性运动。”

板簧配置由3D打印的塑料板组成,这些塑料板在手指的驱动下弯曲和拉动。

研究人员解释说:“当手指被激活时,拉力会驱使板簧弯曲并变形为笔直的形状。” 当板簧返回并从变形中恢复时,提供了类似弹簧的行为,在一个非组装的3D打印元件中结合了驱动力和复位弹簧。

“为了实现概念的非组装制造,使用了许多设计准则,这些优势利用3D打印的优势实现了设计的多功能性,同时规避了其许多缺点。”

钢板弹簧极限强度测试的实验装置。片簧处于其中性配置(左)。3D打印的样品在实验过程中处于拉伸和弯曲加载条件下。注意,板簧弯曲成笔直的形状,对应于90?。手指弯曲(右)。

使用PLA将定制的样品打印在Ultimaker 3上,通过五个不同的实验测试板簧和手的运动。使用盒装和方块测试(BBT)和南安普敦手工评估程序(SHAP)测试对设计进行了测试,因为有20名健康的学生从代尔夫特理工大学入伍,参加了研究的测试部分,模拟了使用义肢。

我们的3D打印假肢手连接到模拟器和九位数的肩带。显示了由线束传递并激活假手的电缆张力(左)。

我们的3D打印假肢附着在模拟器上,并由参加实验的受试者(左)用于Box and Blocks测试(右上)和SHAP测试(右下)。将Gaffer胶带条套在拇指,食指和中指上以增加抓地力(右)。

除了移除支架和一个“卡扣步骤”以外,该手几乎不需要组装即可制造。

研究人员解释说:“即使只用两部分制成,手也能实现自适应抓握。” “我们认为,这样的设计和制造方法可以提高手部假肢的可及性,因为将易于获取的低成本设备(Ultimaker 3 3D打印机)与低成本材料(PLA)结合使用了。”

然而,最终还是面临一些挑战,因为从长远来看,钢板弹簧的材料被认为“不适合”耐用性和可靠性。

“……在这项研究中评估的3D打印手显示出可比的性能,并且在指垫上的摩擦很小。但是,可以通过增加挤压力来改善抓地力和功能。此外,值得注意的是,大多数ADL都需要较低的抓地力。

“非组装设计在功能上与其他BP替代产品相当。考虑到大多数ADL需要较低的抓地力,并且由于非组装和3D打印方法的优势而增加了可访问性,因此我们认为,这种假肢对于发展中国家有手臂缺陷的人来说是一种有价值的选择。”