眾所周知，全球許多患者對定制矯形器有著強烈的需求。作為定制矯形器的網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)計和3D打印的代表，CYBER團(tuán)隊的使命是利用3D打印和工業(yè)4.0制作出更好的踝足矯形器（AFO），更具體地說是為了解決退伍軍人的矯形器需求。據(jù)了解，CYBER團(tuán)隊獲得了由位于俄亥俄州揚斯敦的3D打印的國家加速器America Makes的資助，其于2016年由Stratasys、密歇根大學(xué)和Altair工程公司組建。
目前，用于設(shè)計和制造定制矯形器的現(xiàn)有方法對于患者和提供者來說都是耗時的，并且是不準(zhǔn)確的。通過用3D打印取代傳統(tǒng)方法，除了改進(jìn)矯形器的功能之外，我們還有可能在O＆P領(lǐng)域增加大規(guī)模定制和技術(shù)的整體采用。
而近日，美國公布了一份關(guān)于CYBER團(tuán)隊最新成果的成功故事。
CYBER團(tuán)隊希望將基于云的設(shè)計與Stratasys的FDM技術(shù)相結(jié)合，以應(yīng)對矯正設(shè)計方法中的3D打印耐久性、材料強度、系統(tǒng)集成和吞吐量方面的挑戰(zhàn)，并最終簡化患者護(hù)理，從而縮短矯形門診的訪問時間。
該項目符合ASTM國際材料擠出工藝類別，總預(yù)算為200萬美元，分為公共和私人資金，其他合作伙伴包括Becker Orthopedic、Standard Cyborg和VA Ann Arbor Healthcare Center；能源部、國家科學(xué)基金會和國防部是公眾參與者。
根據(jù)America Makes的說法，這項工作的目標(biāo)是創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)-物理融合沉積建模（FDM）生產(chǎn)系統(tǒng)，以便大規(guī)模生產(chǎn)個性化矯形器。最終目標(biāo)是提供“一日訪問”，以便患者在評估的同一天獲得他們的定制矯形器。為了實現(xiàn)吞吐量和性能要求，需要在AM設(shè)計方面取得進(jìn)步，提供專門的材料、系統(tǒng)改進(jìn)以及打印多種材料的方法，以提供高質(zhì)量的矯形器。
通過開發(fā)基于優(yōu)化軟件包Altair OptiStruct的3D打印專用功能，CYBER團(tuán)隊希望簡化3D設(shè)計數(shù)字工作流程。OptiStruct使這一目標(biāo)成為可能，因為它可以數(shù)字化驗證性能并生成獨特的填充模式。Stratasys的工作是利用其FDM技術(shù)-特別是其Fortus 400mc 3D打印機，并在材料產(chǎn)品和產(chǎn)量方面做出重大改進(jìn)。
早在2016年，Mˊs矯形中心和假肢中心的臨床/技術(shù)總監(jiān)Jeff Wensman評論道：“根據(jù)患者的表現(xiàn)，可以打印不同數(shù)量或類型的材料以提供指定的硬度以及允許的靈活區(qū)域。這項令人興奮的技術(shù)開辟了一個全新的工具箱，臨床醫(yī)生可以使用它來增強患者的治療效果?！?/p>
提高AFO性能的方法是基于拓?fù)鋬?yōu)化，其根據(jù)所需的加載條件，使用自適應(yīng)稀疏填充模式來平衡增加的沉積速率和有效的工具路徑移動與材料的分布。結(jié)合制造技術(shù)和AM數(shù)字設(shè)計開發(fā)生產(chǎn)定制的AFO，可以使用3D打印來平衡AFO的性能、吞吐量和重量。
由于開發(fā)了特定于3D打印的功能，CYBER團(tuán)隊最終成功地創(chuàng)建了數(shù)字3D設(shè)計工作流程。團(tuán)隊成員能夠使用Stratasys FDM技術(shù)改進(jìn)材料和產(chǎn)量，同時建立一個直觀的O＆P行業(yè)特定設(shè)計，專注于生產(chǎn)定制的AFO。
America Makes寫道，通過開發(fā)“3D打印設(shè)計”方法，解決并展示了不經(jīng)濟的吞吐量和高材料成本，多種材料沉積以及缺乏臨床界面的挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)了“一天訪問”。它提供了力量、重量和吞吐量的平衡。該團(tuán)隊成功完成了技術(shù)目標(biāo)，并證明AM可以對醫(yī)療保健行業(yè)產(chǎn)生巨大影響，特別是在定制醫(yī)療輔助設(shè)備領(lǐng)域。
該項目的可交付成果，可通過Digital Storefront向America成員提供，包括：
碳填充（CF）半結(jié)晶材料；
TPE/TPU FDM材料；
改進(jìn)的FDM吞吐量；
用于FDM 3D打印工藝的尼龍12 CF材料；
優(yōu)化的正弦填充平衡強度和吞吐量（定期）；
特定的珠子模式，可以更好地調(diào)整正弦填充圖案（非周期性）；
改進(jìn)的專用于低模量彎曲細(xì)絲材料的輸送系統(tǒng)
實踐矯形師和O＆P技術(shù)人員的教育課程；
Washtenaw社區(qū)學(xué)院3D打印課程；
此外，CYBER團(tuán)隊將重點關(guān)注其他制造業(yè)進(jìn)展的目標(biāo)，包括多材料、下一代材料和多頭沉積。
