我国是世界上康复辅助器具需求人数最多、市场潜力最大的国家，全国各类残疾人约有8500万人。现今，AI、仿生、人工智能、虚拟现实等新兴技术，正在加速融入康复辅具领域，创新应用不断涌现。其中，3D打印在康复辅具领域的应用备受业内瞩目。
本期3D科学谷将分享三个3D打印塑料线材制造商Polymaker 的3D打印康复辅具案例，其中讲解了三种康复辅具3D打印材料的性能及应用。
/ 医疗护具及矫正器
传统医疗护具和矫正器的整个制作流程比较复杂，因此患者需要等待的时间比较长，而且患者需要亲身长时间地参与到整个制作流程中，这是现有工艺的几个痛点。
▲医疗护具和矫正器现有的工艺
来源：Polymaker
随着行业中，数字化能力的不断提升，3D打印以及配套的设施也在不断发展。慢慢地，一些医院、康复机构尝试使用3D打印技术解决传统工艺中的难点。首先对患者的待治疗部位进行三维扫描，更数字化地判断待治疗部位的伤情。借此，可以与患者协商出最佳的治疗方案，再根据三维扫描中的数据，来设计一款有助于患者治疗的护具或矫正器的三维模型，随后交于3D打印服务的企业进行3D打印。待护具或矫正器完成后，只需少许的后处理和添加内衬织物，便可让患者穿戴治疗。该工艺解决了传统工艺中对技师的要求，也很大的缩短了制作的周期，同时患者也不需要长时间配合医生参与医疗器械的原型的取型。
▲ 医疗护具和矫正器现有的工艺
来源：Polymaker
此时，材料才是现有的技术中最大的挑战。Polymaker为此推出一款材料解决方案—U7520D，该材料目前的主要应用是脊椎侧弯矫正支具和一些康复护具，目前成功服务了很多患者。
这款材料之所以被这些患者所选用，得益于其良好的弯曲模量。该模量介于PP板材和PE板材之间，可确保打印出的医疗器械可以很好的打开并穿戴在患者待治疗的部位。同时有比较好的回弹性可以收紧，起到支撑和矫正的作用。这款材料另一个优势是材料的抗冲能力。实验测得：该材料能承受的冲击强度远高于现有的其他材料解决方案。可以看出，这是一款刚韧平衡的材料，非常适合医疗护具和矫正器这一类方向。同样这款材料有着极好的打印性，可在无保温腔的条件下打印，底板的温度需要60度甚至是室温。这对于未来该方向的产业化降低了门槛和对硬件能耗的要求。
▲Polymaker解决方案-U7520D
用该材料打印的医疗护具可以很轻松的打开穿戴，并且有弹力可以恢复回原装，其在多次弯折后也不会出现疲劳的状况。这其实依赖于这款材料的一项核心技术。这款材料是一个TPU合金， 有着特有的技术，使得材料在微观上存在着微相分离的结构，呈现海岛状。材料中有比较软的部分可起到弹性和韧性的作用。而硬质的部分可起到支撑力的效果。这非常像日常生活中看到的钢筋水泥的结构。
/ 婴儿头部矫正器
Polymaker的合作伙伴之一HeadStart Medical，是位于加拿大的一家健康工程公司，专注于治疗婴儿斜头畸形和其他形式的颅骨变形。该公司临床医生会使用3D扫描仪对婴儿的头部进行快速描，用特有的3D成像系统来捕捉婴儿头部的结构。随后扫描数据将立即出现在屏幕上，临床医生和家人可以了解应该采取哪些措施进行治疗。在确定治疗方案后，工程师可在三维软件中，创建定制的头部矫正器的3D模型，并用3D打印机打印模型。待模型完成后，检查无误后即可装上带子和泡沫内衬，完成质量检查后便可交付。治疗过程完成后，婴儿将完美地矫正成正常的头型。
▲HeadStart Medical的解决方案
来源：Polymaker
HeadStart Medical 选择了Polymaker的一款增韧的PLA作为该应用中的打印材料，该材料的冲击强度是普通PLA的5-6倍，这得益于该材料特有的纳米增强技术。该项技术可以显著地提高材料的韧性。因为婴儿好动，在自身的行动中，避免不了磕磕碰碰，这就需要头盔具有良好的抗冲能力。如果抗冲强度低，头盔极易破损，这对于婴儿来说，便是一种二次伤害。
/ 矫正鞋垫
传统的矫正鞋垫的制作工艺比较繁琐。首先医生会用一些仪器测量标定患者足部的情况，其次用特有的设备检测足底的压力。在得到患者足底模型后，可根据得到的数据制作矫正鞋垫， 再经过一系列后处理，最终交付到患者治疗。和前面提到的医疗护具和矫正器一样，该工艺对于技师的要求比较高。
▲传统的矫正鞋垫的制作工艺
来源：Polymaker
▲现有的3D打印鞋垫的解决方案
来源：Polymaker
近几年，3D打印鞋垫在业内的发展也是愈发火热。首先通过仪器去扫描患者的足型，再基于扫描仪收集到的数据设计矫正鞋垫，接着再3D打印，最后可直接交付患者使用。为此，Polymaker也推出适配该解决方案的材料：PolyFlex TPU95-HF。传统TPU材料最大的难点是材料本身的柔性会导致3D打印过程中进料比较困难，打印速度也就相对慢一些，导致单位小时内的产量极低。为此我们开发了这款有高速打印的特性的TPU，可以极大地提高生产效率。使用普通的TPU打印一双矫正鞋垫，将花费至少4-5小时，如果使用Polymaker的这款TPU进行打印，可以节省大约50%的时间。
