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2024年9月25-27日 | 上海世博展览馆1&2号馆

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医疗器械制造展Medtec解读3D 打印外骨骼-康复训练综合指南!

2024-07-04

根据美国疾病控制和预防中心的数据,美国每年有近 800,000 人患有中风。在中风期间,大脑部分的血液供应被切断。在 85%的病例中,它是由身体某处的血凝块引起的;当供应大脑的血管破裂时,也会发生这种情况。不幸的是,那些从中风中恢复过来的人可能会在发作后很长一段时间内出现瘫痪、运动和言语障碍。患者在康复期间通常会得到物理治疗师的支持,以重新学习动作。医疗器械制造展Medtec据悉在苏黎世联邦理工学院,研究人员正在通过开发外骨骼(即可以佩戴以支撑身体的外部框架,以帮助人们克服伤害或增强其生物能力)来支持手部运动康复。为了实现最佳的力传递,总部位于科隆的易格斯公司开发由高性能塑料制成的部件,正在生产用于外骨骼的 3D 打印手指关节。

外骨骼是如何工作的?/

外骨骼由一个手部模块、一个腕带传感器和一个背包组成。手部模块使用皮带固定在患者的手上,而患者则佩戴腕带和背包。当患者开始运动时,腕带将肌电图 (EMG) 信号传输到背包中装有电机、电池和控制电子设备的小型计算机。计算机从传入的数据中识别出患者想要执行抓取动作并激活电机。电机拉伸和弯曲板簧,形成外骨骼的手指。苏黎世联邦理工学院健康科学与技术系的研究员 Jan Dittli 说:“每根手指,外骨骼施加 6 牛顿的力,使外骨骼能够覆盖 80%的日常运动。

使用外骨骼,患者应该能够举起多达 500 克的重量

FDM 打印并不适合所有组件 /

为了使外骨骼适合日常使用,研究人员试图尽可能减轻零件的重量,从而求助于增材制造。FDM 3D 打印用于原型制作阶段;由于其相对较低的成本、易用性和速度,它特别适合快速原型制作。手背和手指关节都是首先从 ABS 打印出来的。虽然 FDM 技术和 ABS 被证明适用于手背,但由于其具有挑战性的功能,两者都不足以用于手指关节。指接将三个堆叠的薄不锈钢板簧固定在一起,它们还具有皮革表带的锁定机构。因此,由 ABS 制成的 3D 打印手指关节产生了太大的摩擦力,正如 Dittli 解释的那样:“使用这种材料,关节和板簧之间的摩擦力会太高。结果,我们在移动手指时会损失太多能量。此外,FDM 打印机无法以所需的分辨率打印手指关节。出于这个原因,苏黎世联邦理工学院的研究人员求助于易格斯。

左边可以看到手指的各个组件,左边可以看到钢板弹簧,右边可以看到从 Iglidur I6(材料)打印的手指关节。右边是完全组装好的手指

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由高性能塑料制成的 3D 打印手指关节通过易格斯 3D 打印服务,研究人员可以使用选择性激光烧结(SLS)技术和 iglidur I6 高性能塑料。使用 SLS 打印,可以在没有支撑结构的情况下生产手指关节的精细结构,而无需进行后处理。它还允许以低成本对外骨骼进行个性化,正如 Dittli 指出的那样:“我们开发了一种算法,只需点击几下,即可使外骨骼的数字模型适应患者的手部大小。然后,该模型可以上传到易格斯,并且通常在一夜之间打印出来,从而可以在几天后使用 3D 打印的手指关节。得益于 iglidur I6,3D 打印的指接也产生了所需的韧性和耐磨性;事实上,这种材料经过摩擦学优化,专为移动应用而开发。此外,SLS 粉末集成了固体润滑剂,由于不需要润滑任何部件,因此易于操作。根据易格斯的说法,该材料的使用寿命应不同于任何其他塑料。外骨骼可以快速、经济、轻松地进行 3D 打印。例如,据说手持模块仅重 148 克,背包重 720 克,这是与当前解决方案相比的决定性优势。Dittli 解释说:“许多用于康复的外骨骼目前还不能携带。另一方面,我们的解决方案足够轻巧紧凑,可以在日常生活中证明自己,从而可以扩展治疗领域。医疗器械制造展Medtec认为未来的一个目标是取消腕带传感器,取而代之的是测量脑电波,通过大脑运行控制系统。“然而,这仍然悬而未决。”

外骨骼及其 3 个组件、手部模块、传感器腕带和背包

文章来源:小蜜蜂3D打印 

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