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Dyson获奖矫形器对抗脑瘫儿童的高张力

一种能够抵消脑瘫儿童高张力不良影响的3D打印矫形器赢得了全国奖计奖

开发的安特卫普大学学生Mano Balliu,ManiFlex是一种动态矫形器,可以完全定制在TPU使用Multi Jet Fusion (MJF) 3D打印技术。该矫形器旨在克服传统矫形器在定制水平和材料性能方面的许多局限性,特别关注于解决脑瘫患儿上肢痉挛。

尽管印刷工艺在未来需要进一步发展,但ManiFlex的潜力已被詹姆斯·戴森奖(James Dyson Awards)认可,并因其首次应用获得了比利时国家奖。

3D打印技术在骨科中的应用

在骨科领域,许多传统方法被用于定制骨科产品的生产,然而,公司越来越多地寻求利用增材制造的好处,为他们的生产技术。因此,许多公司已经使用3D打印来生产矫形器,以缩短这些设备的制造时间,并提高定制和准确性。

在过去,3D打印矫形器已经帮助一个少年游泳者恢复健康中风和部分瘫痪后预防危及生命的足部溃疡在糖尿病患者中。来自美国的研究人员弗莱堡大学斯图加特大学最近在这一领域也取得了突破,开发了一种新的测试方法4D打印可穿戴医疗设备,例如矫形夹板,可以根据病人的解剖结构自我调整。

3D打印矫形器在过去获得了各种奖项的认可,其中Andiamo这家英国医疗科技公司专门从事3D打印矫形器伦敦最具创新力的科技公司在2019年,HKK仿生学的仿生手矫形器Exomotion hand One获得第二名下一个2020 Purmundus挑战赛

一个孩子穿着3D打印的流形矫形器。照片由Mano Balliu/James Dyson奖提供。
一个孩子穿着3D打印的流形矫形器。照片由Mano Balliu/James Dyson奖提供。

发展ManiFlex

高张力症是脑瘫患者的一种常见症状,肌肉张力过大,导致手臂或腿僵硬,活动困难。目前,针对脑瘫患儿上肢张力过强,有两种矫形器可供选择,一种是静态矫形器,可阻断痉挛力,使患者被困住,产生高张力,导致疼痛。第二种矫形器部分是动态的,但它依赖于沿手腕放置的昂贵的专利铰链。

Balliu发现传统的矫形器有各种各样的缺点,因此试图设计一种新的功能性、可定制的矫形器原型,使用3D打印技术为患有这种疾病的儿童上肢提供矫形器。

ManiFlex设计由整形外科技术人员制造,他们可以在将患者的手臂和手上传到3D打印软件平台之前进行3D扫描。在这里,矫形器可以根据3D扫描的临床数据和患者的意愿完全个性化。然后,可以使用熔融沉积建模(FDM)和MJF 3D打印机在TPU中对矫形器进行3D打印。

Balliu选择TPU作为印刷材料,因为其独特的机械性能,允许它既灵活又刚性,由于壁厚的变化。使用TPU可以将矫形器上的传统机械铰链替换为弯曲点,还可以通过调整其厚度来实现特定的阻力。TPU也是多孔的,使它适合皮肤接触。

在设计过程中,Balliu开始探索使用TPU的MJF 3D打印,并进行了广泛的原型研究,研究TPU如何替换或改进矫形器中的铰链、缓冲、支撑、有限的运动、关闭和填充。通过这项研究,Balliu意识到他可以设计一种动态矫形器来改善患者有限的活动。

他从手指节的迭代设计开始,手指节是手部功能的最关键元素,然后开始研究矫形器的基座、手的其他关节(如手腕)和设备的闭合机制。因此,multilex允许所有关节活动,每个关节接受特定的阻力,使患者在适应患者痉挛的同时能够执行功能性任务。

3D打印ManiFlex矫形器。照片通过马诺·巴利乌/詹姆斯·戴森奖拍摄。
3D打印ManiFlex矫形器。照片通过马诺·巴利乌/詹姆斯·戴森奖拍摄。

这是歧管的未来

虽然全国詹姆斯戴森奖是对矫形器潜力的重要认可,但在印刷过程方面仍有进一步的发展。巴柳说,目前,印刷方向必须考虑在内,经常会发生意想不到的破损惠普路博润正在努力解决。

一旦解决了这个问题,Balliu看到了它成为一个成熟的产品,既坚固又耐用。虽然目前还不可能给矫正器上色,但未来会有这样的计划。Balliu还计划在材料完全开发完成后,用TPU替换矫形器的尼龙搭扣带。

Orthobroker该公司将继续由研发经理兼PD校友Roel Vanstipthout和首席执行官Patrick Garmyn领导,以及来自the安特卫普的工厂设计谁将担任主管和专家的角色。

流形是一种动态矫形器,允许有限的运动。照片由Mano Balliu/James Dyson奖提供。
流形是一种动态矫形器,允许有限的运动。照片由Mano Balliu/James Dyson奖提供。

戴森奖得主在AM

詹姆斯·戴森奖是一个国际设计奖项,旨在“庆祝、鼓励和激励”下一代设计工程师。过去,一些基于3D打印的项目获得了詹姆斯·戴森奖(James Dyson Award)的认可,其中包括一个廉价的3D打印项目上半身的外骨骼叫做泰坦手臂这是一台3D打印机,能够为烧伤患者打印新皮肤,一双3D打印的可降解运动鞋

最近,一种由康普茶废料制成的替代木材替代品,叫Pyrus,获得今年的美国国家詹姆斯·戴森奖。Pyrus背后的想法是取代亚马逊等热带雨林中正在消失的异国情调的树木进行生产,该项目正在寻求利用3D打印来扩大生产规模。

收集珠宝,功能吉他拨片,和一个由梨木制成的杯垫。照片来自詹姆斯·戴森奖。
收集珠宝,功能吉他拨片,和一个由梨木制成的杯垫。照片来自詹姆斯·戴森奖。

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特色图片展示一个孩子戴着3D打印的复式矫形器。照片由Mano Balliu/James Dyson奖提供。