湖北省康復輔具技術中心增材制造一體化小腿假肢，為殘障人士插上“騰飛的翅膀”
《2021 年中國殘疾人事業發展統計公報》顯示，截止至 2021 年，我國肢體殘疾人數已超過2000萬，僅有177萬肢體殘疾者得到了基本康復服務。據了解，他們大多采取裝配假肢的方式來實現缺失功能的代償。隨著數字化、物聯網、大數據等技術的進步，使得以數字信息、數字制造為核心的生產方式在多領域得到了廣泛的應用，截肢患者對于具有個性化定制、多功能特點的假肢有更加強烈的需求。
湖北省康復輔具技術中心研發了一批具有自主知識產權的增材制造（3D 打印）系列康復輔具，實現了康復輔具的創新性設計及數字化制造，并率先應用到患者的實際生活中。
湖北省康復輔具技術中心研發的其中一類康復輔具-增材制造一體化小腿假肢案例，以及開發產品時所應用的打通康復輔具增材制造生產全鏈路的3D設計軟件解決方案。從中可以看到包括3D打印技術在內的數字化流程如何助力康復輔具個性化定制，并為佩戴者帶來優質的輔具產品，改善他們的生活品質。
假肢的功能及其發展現狀
假肢是康復輔助器具的種類之一，是用工程技術的手段和方法，為彌補截肢者缺損的肢體而專門設計和制作裝配的人工假體，主要作用是代償缺損肢體的部分功能，使截肢者恢復一定的生活自理和工作能力。假肢的制作需要根據病患的生理情況進行個性化定制。
在假肢技術的發展歷程中，老式的假肢是用皮革、鋁板等材料制造，不僅外型不美觀，接受腔也很難與殘肢相匹配；目前常見的樹脂腔工藝，是采用石膏繃帶對病患部位取型，再以此進行翻模、修整，最后再用樹脂材料成型并進行組裝。
對制作師而言，這兩種方式工作強度較大、耗費時間較長，而且制作出來的接受腔不一定貼合病患部位；假肢成品具有重量大、不透氣、不防水等弊端，影響患者穿戴時的體驗感。
©3D科學谷白皮書
增材制造技術助力康復輔助器具研發
湖北省康復輔具技術中心是湖北省民政廳主管的公益一類事業單位，致力于組織研發、配置和推廣面向殘障人士及老年患者的康復輔助器具。2014年起，中心在國內率先開展增材制造技術在小腿假肢、脊柱矯形器、矯形鞋墊等領域的應用探索。
在各級領導的大力支持下，中心技質科副科長劉萬及其團隊從傳統假肢矯形器的痛點出發，創新的采用三維掃描、計算機輔助設計、增材制造等數字化技術，突破制造、材料選擇等重重難關，研發了一批具有自主知識產權的增材制造（3D 打印）系列康復輔具，并率先應用到患者的實際生活中。
湖北省康復輔具技術中心自主研發的增材制造系列康復輔具
使用增材制造技術制作假肢時：
- 首先對患者病患部位進行無接觸式的光學三維掃描，有效避免了傳統石膏取型可能造成“二次傷害”的劣勢；
- 然后借助專用假肢修型平臺，為殘肢模型進行精準修型，縮短設計周期；
- 引入先進的計算機輔助設計軟件完成產品結構建模，形成與患者殘情相匹配的精準化模型；
- 通過增材制造工藝，實現 24 小時無人值守加工，提高了生產效率；
- 搭配后處理工藝，能實現外觀顏色、圖案、花紋個性化定制；
- 利用數字化技術，還能對患者適配情況進行分析和跟蹤，實現三維模型和電子檔案的存檔與調用。
增材制造一體化小腿假肢具有“輕便、透氣、防水”功能特點。借助有限元分析技術，在保證強度的前提下實現了結構輕量化設計；將自主研發的多層透氣微孔、鏤空點陣等立體結構應用到接受腔的制作中，與專用內襯套或硅膠套形成“排汗通道”，解決了傳統假肢穿戴不透氣的歷史難題；利用增材制造技術將尼龍粉末一體化燒結成型，由于不含金屬零部件，解決了傳統假肢“洗澡難”的問題。
增材制造系列輔具獲得國內輔具設計大賽獎項
多年的技術積累與應用，湖北省康復輔具技術中心獲得相關國家專利 7項、軟件著作權1項、國內輔具大賽獎項2項、參與研制團體標準1項等諸多獎項，且系列產品連續五屆在中國國際康復輔具博覽會上亮相，受到國內外專業人士的肯定和廣大殘障人士好評。
增材制造技術為殘障人士插上“騰飛的翅膀”
湖北省康復輔具技術中心經過多年的研發應用，積累了患者模型與案例數據 100余例，患者年齡分布從7歲的小學生到93歲高齡的抗戰老兵，最長的使用案例已超過72個月。
盧師傅適配增材制造一體化小腿假肢
家住武漢的盧師傅就是這項技術的受益人，他因年輕的時候受工傷，失去了雙腿，一直渴望能夠像健全人一樣正常站立和行走。他平時生活中運動量大，而之前穿戴的傳統假肢較重、不透氣，行走時間長了就發熱、流汗、瘙癢。
中心技術團隊為盧師傅定制了增材制造一體化雙小腿假肢并適配，解決了傳統假肢不透氣的歷史問題，取得了極好的康復效果。盧師傅作為中心的產品模特，多次參加展會和技術交流，獲得了業內專家廣泛關注和認可，展現了假肢數字化技術發展的新成績。
盧師傅說：“以前總覺得自己是家里的負擔，自從穿了增材制造輔具，現在也能分擔一些家務了，買菜做飯、洗衣服甚至是搬運煤氣罐，最遠的一次行走了 5里路。活動范圍更大了，就像給我們殘疾人插上了騰飛的翅膀”。
Geomagic Freeform 軟件
打通康復輔具增材制造生產全鏈路
湖北省康復輔具技術中心自主研發的增材制造系列康復輔具的技術核心之一是數字化的產品設計與建模，主要是通過計算機輔助設計完成從掃描數據到成品數字模型的步驟。在深入研發的過程中，Oqton堃騰公司的Geomagic Freeform 軟件憑借其獨有的3D有機設計系統，進入了該中心技術團隊的視野。
Geomagic Freeform 是一款基于觸摸的觸覺設備相結合的3D設計軟件，它將傳統的手工藝轉化為有機的、數字化的定制設計。有助于實現3D掃描處理、客制化設計以及增材制造生產全鏈路。滿足了對假肢的功能性、舒適性以及美觀性的高標準需求，提供了數字化設計的解決方案。它的三大功能特性有利于進行增材制造康復輔具設計。
l 突破性的數字化設計體驗
Freeform 設計系統采用軟硬件結合的形式，包含了模擬立體雕刻體驗的觸覺設備 Touch 力反饋雕刻筆，通過直觀的觸覺反饋、最大程度將傳統雕塑設計的經驗無損轉化為數字設計，有效縮短設計師的學習曲線，同時加快三維設計實現進程。
Touch X 力反饋雕刻筆
l 多孔網面設計實現輔具輕盈透氣
接受腔是與患者殘肢相接觸的組成部分，是假肢的重要零部件之一。增材制造技術的高自由度成型使得透氣衛生、“能夠呼吸”的假肢穿戴體驗成為可能，這就需要與殘肢更匹配的曲面與更優化的透氣結構來達到舒適透氣的設計效果。
湖北省康復輔具技術中心技術團隊根據患者的生理情況或使用習慣，使用 Freeform 來精確控制設計輸入參數（如網格花紋、密度、大小），實現接受腔等部件的優化設計建模。
Freeform 的功能展示
l 設計與制造無縫銜接
使用 Freeform 軟件設計的輔具產品，可以直接輸出成為通用的三維模型格式。將模型傳輸至專用工業級的增材制造設備，即可實現設計的三維模型能一鍵打印，避免了模型轉換和數據不兼容的煩惱。
Freeform 軟件展示
提升數字化技術在生產中的比重
為進一步促進科研成果轉化，湖北省康復輔具技術中心以多年的增材制造等數字化技術的研究成果為基礎，籌建了“數字化技術服務中心”，并于2022 年 6 月正式揭牌并投入使用。主要是借助先進的軟硬件設備，實現單一傳統工藝生產向數字化與傳統工藝相結合的設計生產模式轉變，提升數字化技術在生產過程中的比重，初步形成以數字化技術為依托的高質量、高效率生產模式及生產平臺。
它是全國假肢行業首個以數字化技術應用與人才培養為核心的綜合服務中心，將極大的促進康復輔具產品功能提升和假肢裝配技術的提檔升級,更好的解決傳統假肢輕量、透氣、舒適等歷史難題, 更大程度滿足功能障礙人員多層次、多樣化的個性需求，在假肢的裝配發展史上具有里程碑意義。
數字化技術服務中心成果展示區
未來，湖北省康復輔具技術中心將繼續開展增材制造等數字化技術方面的研發與積累，充分發揮Geomagic Freeform 等數字化軟件的優勢，持續加強與Oqton堃騰的各項技術交流，開發更多具有個性化定制特點的高性能輔具產品，用更好的技術和更優的服務推動康復輔助器具事業高質量的發展。
(責任編輯：admin)
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