新西兰研究员探索未来3D打印假肢的新设计方向

随着技术的进步，3D打印假肢正变得越来越先进，并针对特定类型的截肢和生活方式进行量身定制。最近，新西兰的一个研究小组启动了一个重要的新项目，探索未来在假肢上3D打印的设计可能性，包括短期和长期。在新西兰人造肢体服务的领导下，该研究项目与惠灵顿大学合作，探索了将这些新发展潜力在商业制造中实施的可能性。

该项目大致分为四个部分，每个部分涵盖了不同的设计方向，假体可以在3D打印的帮助下进入。在短期内，团队将在未来的12-18个月内集中新功能整流罩和新插座设计。在未来7-10年内，多密度足印和生产信息驱动的模型被视为具有可能性。

功能整流罩概念旨在寻找新的实际应用和假肢的用途，而不仅仅是缺失肢体的替代品。这可以改善许多被截肢者的生活，将被认为是一种损失的东西转化为潜在的东西，开辟一个更具创造性和实用性的空间，只有这些假肢使用者才能进入。该团队提出了一个运动整流罩，举一个特殊的假肢高尔夫球腿的例子。这将有一个特殊的高尔夫球设计，以及一个备用球和三通存储区。也可能有特殊的儿童整理，创意设计，吸引他们的乐趣和想象力的感觉。

对于新的插座设计，可以根据不同时间的尺寸波动进行调整，希望用户穿上假肢不会比穿上鞋子更难。该团队与奥克兰生物工程学院联系，以便借助3D打印技术更好地了解这种个性化的可能性。软组织扫描可以生成患者肢体的精确体积网格，从而使技术人员能够查看残肢的哪些区域是敏感的，哪些是硬的，哪些是软的。这意味着他们可以更好地表达如何设计插座设计。用ABS和更先进的TPU材料进行了实验，后者在材料性能方面更有前景，但是后处理时间长且不方便。

从长远来看，探索了更便宜地生产目前昂贵的多密度足假体的方法。3D打印的优点之一是可以改变填充密度以匹配期望的对象性能。这对于制造具有更坚固和更灵活的假肢是有用的。为了解释这个问题，团队引用了一位麻省理工学院的学生讨论自然结构的性质的一句话：“大自然总是使用分级材料。例如，骨是由坚硬、致密的外壳和海绵状材料的内部组成。它给你一个高强度重量比。”

在其他领域有很多多密度3D打印系统，而NZALS未来的方法可以从这些方面得到灵感，例如用于New Balance的Nervous Systems 3D打印中底技术或由Adidas使用的类似Materialise的系统。 3D打印TPU将成为多密度假体的发展方向，希望未来技术将会进一步提高，以便于用这种材料进行打印。

假肢的信息驱动模型生成的未来应该看到上述软组织扫描的执行，以及所谓的计算解剖运动（Computational Anatomical Movement）。通过扫描、跟踪和视频分析，使研究人员可以检查每个肌肉的力量，以及特定的病人正在采取的步态和各种其他人体运动因素，以创建一个更个性化的修复与改善舒适性和性能。

研究人员测试了Stratasys Fortus以及UpBox FDM机器，发现了每个机器的优点和缺点。他们的结论是，最好的解决方案是使用在线3D打印服务，这可以提供更高效的打印。也建议选择Shapeways、I.Materialise和Objective 3D。

根据NZALS首席执行官Sean Gray的说法，新西兰人是假肢技术发展的领导者，因为他们倾向于测试肢体的极限，“人们把它们打破了，因为他们已经把它们放在滑雪靴里了”……NZALS与惠灵顿大学和其他合作机构开展的工作显示出了很大的希望，并且很快将为那里和更远的截肢者带来生活质量的显著改善。

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