評估3D打印足矯形器的性能

來源：廣西增材制造協(xié)會

患有扁平足等疾病的人經(jīng)常求助于定制足部矯形器，可以使用3D打印和掃描技術(shù)以更低的成本在更少的時間內(nèi)制造出這種矯形器。來自臺灣的一組研究人員最近進行了一項名為“ 3D打印足矯形器的生物力學(xué)評估和強度測試”的研究，目的是評估扁平足患者對3D打印足部矯形器的使用情況，研究人員寫道：“這項研究的目的是使用低成本3D打印技術(shù)制造足部矯形器，并評估3D打印足部矯形器在柔性扁平足個體中的機械性能和生物力學(xué)效果�！�

圖1：3D打印足部矯形器的制作。（c）從腳部模型中提取足部矯形器形狀。（d）導(dǎo)入到Cura中的Solid 足部矯形器模型將被切片并作為G代碼輸出

他們以0°，45°和90°的方向3D打印了18個足部矯形器樣品，并與12個個體進行了人體運動分析，并進行了機械測試以確定其最大壓縮載荷和剛度。研究人員3D掃描了參與者的腳，然后將結(jié)果導(dǎo)出為STL文件，并使用Autodesk Meshmixer軟件對其進行了編輯，并在Infinity X1 FDM 3D打印機上用PLA燈絲打印了3D。使用Ultimaker Cura 3.3軟件定義足部矯形器的構(gòu)建參數(shù)。

研究人員解釋說：“由于不存在用于足部矯形器的標準測試，我們設(shè)計了一種程序來測試足部矯形器的剛度。”“在每個足部矯形器的側(cè)面放置了一個矩形夾具測量。”

然后，對每個構(gòu)建方向的六個3D打印足部矯形器進行動態(tài)壓縮，然后團隊收集了位移和反作用力數(shù)據(jù)。為了比較足部矯形器的最大壓縮載荷和剛度，還完成了方差分析（ANOVA）或方差的單向分析、檢驗。

（e）使用Infinity X1 3D打印機打印的3D 足部矯形器。（f）3D打印的足部矯形器的俯視圖和（g）后視圖。

他們寫道：“執(zhí)行的壓縮測試表明，當(dāng)位移小于5mm時，足部矯形器的45°和90°生成取向?qū)е孪嗨频妮d荷和位移行為�！薄胺讲罘治鼋沂玖巳后w之間的差異。 Tukey測試表明，使用45°構(gòu)造方向（N）制成的足部矯形器中的最大負載明顯大于使用90°（N）和0°（N）構(gòu)造方向所制成的足部矯形器。

參與者還進行了運動捕捉實驗，其中運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)均由八臺攝像機的3D Vicon運動分析系統(tǒng)收集。他們必須穿著標準鞋“進行五次以自選速度進行水平行走的試驗”，然后再嵌入3D打印足部矯形器。

團隊再次進行了ANOVA測試，以比較三個構(gòu)建方向中每個方向的足部矯形器的機械參數(shù)。為了比較運動捕捉測試中的生物力學(xué)變量，還進行了配對樣本測試。

“結(jié)果表明，45°構(gòu)造方向產(chǎn)生了最強的足部矯形器。此外，在Shoe + 足部矯形器條件下，最大踝伸肌力矩和外旋肌力矩分別顯著降低了35％和16％，但與Shoe條件相比，最大踝plant屈力矩增加了3％。研究人員寫道：“在兩種情況下，地面反作用力沒有顯著差異�！薄斑@項研究表明3D打印的足部矯形器可以改變步態(tài)期間的踝關(guān)節(jié)力矩。

“我們可以得出結(jié)論，低成本3D打印技術(shù)具有制造定制足部矯形器的能力，并具有糾正腳部異常的足夠支持。我們提供的證據(jù)表明，這些足部矯形器引起了生物力學(xué)的變化，并對扁平足的人產(chǎn)生了積極的影響�！�