增材制造技术在假肢矫形器领域的应用
假肢矫形器是常见的用以代偿或补偿机体障碍人士功能需求的辅助设备。假肢矫形器的传统制造方法是一个耗时且劳动密集的过程，并存在严重的材料浪费问题，而这些问题随着增材制造技术的发展和应用迎刃而解。目前，研究人员虽已进行了大量理论和实践尝试，但增材制造技术在假肢矫形器领域的应用仍存在挑战，缺乏一个集成增材制造技术与操作过程的系统框架和如何基于该技术设计出同时满足功能性和舒适性需求的产品。
中国工程院院刊《Engineering》刊发《增材制造技术在假肢矫形器领域的应用》，回顾了增材制造技术在制造假肢矫形器方面的应用现状，并对基于计算分析的产品优化设计方法和生物力学评估做了讨论。文章还设计了一个系统框架，融合了从目标肢体的医学影像扫描到高适配性能产品的全过程，该过程还包含了用有限元方法进行产品优化设计和生物力学评估的环节。文章指出，一个完善的系统框架能够高效地制造出满足生物力学性能需求的产品，促进增材制造技术在假肢矫形器领域中的应用。
满足生物力学性能需求
一、引言
假肢和矫形器是常见的用以代偿或补偿机体障碍人士功能需求的辅助设备。假肢用于代替缺失的下肢或上肢的部分功能。假肢接受腔是容纳截肢患者残肢的腔状部件，用于连接残肢与假肢，实现身体与假肢之间机械负荷的传递。矫形器是装配于四肢或躯干的体外器具，用以预防或者矫正人体肌肉骨骼系统畸形并补偿其功能。根据机体影响部位，矫形器主要分为上肢矫形器、脊柱矫形器和下肢矫形器三大类。其命名方式与所涉及的关节相关，如腕手矫形器、腰椎矫形器、足踝矫形器等。
《3D打印与康复辅具白皮书》© 3D科学谷
相对于假肢和矫形器的商业即售产品，个性化定制产品的成本更高。但是个性化定制的假肢和矫形器能够综合考虑个性化特征，在功能和舒适性上更适配患者需求，这是判断产品设计合格与否的最重要的因素。传统的矫形器和假肢接受腔的制造方法为石膏浇铸法，该过程从时间和操作性方面都要求患者高度参与和配合。
增材制造（AM）俗称3D打印，是一种使用3D数据创建对象的技术。与传统的减材制造技术相反，它通常利用数字控制技术对材料进行逐层铺设，以增材的方式实现对象创建。与传统制造业相比，AM大大减少了材料浪费、缩短了制造周期，并省去了大多数基于技能的手动操作。
尽管AM技术有很多优势及潜在的提升机会，但这项技术在假肢和矫形器制造工业中仍未得到广泛采用，并且未来发展状况存在很大不确定性。造成以上情况的几个主要因素为：首先，目前研究缺少对AM 产品的功能效果的科学评估；其次，缺乏定量和定性指标将AM与传统的标准制造方法进行比较；再次，缺乏一个系统性框架以及特定功能软件，实现从设计到制造再到功能评估的集成和融合；最后，关于个性化定制产品的设计制造的相关法规尚未健全。
要推广AM技术在假肢矫形器方向上的临床应用，就需要解决以上主要问题，必须要建立一个完善的系统框架，以实现从收集患者信息到最终产品制造以及功能评估的整个过程的高效有序执行。本文旨在探究AM技术在假肢矫形器制造工业中的应用进展及所存在问题，分析计算分析方法在产品优化设计中的潜能，并设计一个适用于AM技术过程的系统框架。
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