التصميم بمساعدة الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد في الأطراف الاصطناعية

يُدخل التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والتصنيع التجميعي (الطباعة ثلاثية الأبعاد) سير عمل رقميًا لتصميم وإنتاج الأجهزة التعويضية والتقويمية. يتم التقاط الطرف أو منطقة الجسم عن طريق المسح الضوئي، ويُصمم الجهاز ويُعدّل على الشاشة، ثم يُنتج بواسطة تصنيع يتم التحكم فيه بالحاسوب، إما عن طريق نحت نموذج للتصنيع التقليدي (CAD/CAM) أو عن طريق بناء الجهاز مباشرة طبقة تلو الأخرى من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد. تعد هذه الأساليب بزيادة قابلية التكرار والتخصيص، وفي بعض الأحيان، بتكلفة أقل.

Definition

التصميم بمساعدة الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد في الأطراف الاصطناعية هو استخدام النمذجة الرقمية (CAD) جنبًا إلى جنب مع التصنيع المتحكم فيه بالحاسوب أو التصنيع التجميعي لتصميم وتصنيع الأجهزة التعويضية والتقويمية، ليحل محل أو يكمل الصب اليدوي والتصنيع اليدوي.

Scope

يغطي هذا الموضوع مسار التصميم والتصنيع الرقمي كما ينطبق على الأطراف الاصطناعية والتقويمية: المسح الضوئي، نمذجة CAD، التصنيع بمساعدة الحاسوب، والتصنيع التجميعي، بالإضافة إلى معايير تصميمها ومقايضاتها. إنه مادة مرجعية حول التكنولوجيا واعتباراتها، وليس بروتوكول تصنيع أو إرشادات سريرية لإنتاج جهاز لفرد.

Core questions

• كيف يعمل مسار التصميم والتصنيع الرقمي في الأطراف الاصطناعية والتقويمية؟
• ما الفرق بين CAD/CAM والتصنيع التجميعي؟
• ما هي معلمات التصميم التي تؤثر على قوة وجودة الجهاز المطبوع ثلاثي الأبعاد؟
• ما هي الفوائد والقيود المحتملة للتصنيع الرقمي؟

Key concepts

• التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)
• التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM)
• التصنيع التجميعي (الطباعة ثلاثية الأبعاد)
• المسح السطحي والتقاط الشكل الرقمي
• تصنيع الفتيل المنصهر
• معلمات التعبئة والطبقة
• قابلية التكرار والتخصيص

Mechanisms

يبدأ سير العمل الرقمي عادةً بالتقاط شكل الطرف أو منطقة الجسم باستخدام ماسح ضوئي سطحي، مما ينتج نموذجًا ثلاثي الأبعاد. يقوم الطبيب السريري أو المهندس بتعديل هذا النموذج في برنامج CAD لإنشاء هندسة الجهاز، وتطبيق تصحيحات الشكل المشابهة لتلك التي تتم يدويًا على قالب الجبس. ثم يُحقق النموذج إما عن طريق التصنيع بمساعدة الحاسوب، الذي ينحت نموذجًا إيجابيًا للقولبة التقليدية، أو عن طريق التصنيع التجميعي، الذي يبني الجهاز مباشرة عن طريق ترسيب المواد طبقة فوق طبقة. في الأجزاء المطبوعة، تؤثر معلمات العملية مثل اختيار المواد، واتجاه الطبقة، وكثافة التعبئة على القوة الميكانيكية، لذا فإن هذه الإعدادات محورية فيما إذا كان الجهاز المطبوع يمكنه تحمل الأحمال الوظيفية.

Clinical relevance

يعيد التصميم الرقمي والتصنيع التجميعي تشكيل كيفية إنتاج الأجهزة التعويضية والتقويمية ويوفران سير عمل قابلة للتكرار والتخصيص وهي مجال نشط للبحث والممارسة. يصف هذا المدخل التكنولوجيا واعتباراتها الهندسية كمادة مرجعية؛ ولا يقدم تعليمات لتصنيع جهاز أو إرشادات لاختيار طريقة تصنيع لمريض فردي.

Evidence & guidelines

تهيمن الدراسات والمراجعات الهندسية على قاعدة الأدلة. تصف مراجعات التصنيع التجميعي القائم على البوليمرات التبني المتزايد ومجموعة المواد والعمليات المستخدمة، بينما تفحص الدراسات التجريبية، مثل دراسة كامبل وزملاؤه (2018)، كيف تؤثر معلمات الطباعة مثل نسبة التعبئة على قوة تجاويف الساق الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يسلط الضوء على أن الكفاءة الميكانيكية تعتمد بشدة على كيفية طباعة الجهاز.

History

دخل التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب مجال الأطراف الاصطناعية والتقويمية منذ الثمانينيات فصاعدًا كوسيلة لرقمنة تشكيل التجاويف والأجهزة التقويمية التي كانت تُصنع يدويًا تقليديًا على قوالب الجبس. أدى الانتشار اللاحق للطباعة ثلاثية الأبعاد المتاحة، وخاصة تصنيع الفتيل المنصهر، إلى توسيع المسار الرقمي ليشمل الإنتاج المباشر للأجهزة وحفز البحث في المواد، ومعلمات الطباعة، وقوة المكونات المطبوعة.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

ما الفرق بين CAD/CAM والطباعة ثلاثية الأبعاد في الأطراف الاصطناعية؟

في CAD/CAM، يُستخدم نموذج رقمي لتصنيع نموذج إيجابي للتصنيع التقليدي، بينما في الطباعة ثلاثية الأبعاد (التصنيع التجميعي) يُبنى الجهاز نفسه مباشرة عن طريق ترسيب المواد طبقة تلو الأخرى.

هل يؤثر كيفية طباعة التجويف ثلاثي الأبعاد على قوته؟

نعم. تؤثر معلمات العملية مثل المادة، واتجاه الطبقات المطبوعة، وكثافة التعبئة على القوة الميكانيكية للجهاز المطبوع، لذا فإن هذه الإعدادات مهمة لتحديد ما إذا كان يمكنه تحمل الأحمال الوظيفية.