طراحی به کمک کامپیوتر و چاپ سه‌بعدی در پروتزها

طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی) گردش کارهای دیجیتال را به طراحی و تولید دستگاه‌های پروتزی و ارتزی وارد می‌کنند. یک اندام یا ناحیه بدن با اسکن ثبت می‌شود، یک دستگاه روی صفحه نمایش مدل‌سازی و اصلاح می‌شود، و سپس با ساخت کنترل‌شده توسط کامپیوتر تولید می‌گردد، یا با حکاکی یک مدل برای ساخت سنتی (CAD/CAM) یا با ساخت مستقیم دستگاه لایه به لایه از طریق چاپ سه‌بعدی. این روش‌ها نوید تکرارپذیری بیشتر، سفارشی‌سازی و در برخی موارد، هزینه کمتر را می‌دهند.

Definition

طراحی به کمک کامپیوتر و چاپ سه‌بعدی در پروتزها عبارت است از استفاده از مدل‌سازی دیجیتال (CAD) همراه با ساخت کنترل‌شده توسط کامپیوتر یا ساخت افزایشی برای طراحی و ساخت دستگاه‌های پروتزی و ارتزی، که جایگزین یا مکمل قالب‌گیری دستی و ساخت با دست می‌شود.

Scope

این موضوع به خط لوله طراحی و ساخت دیجیتال در کاربرد آن برای پروتزها و ارتزها می‌پردازد: اسکن، مدل‌سازی CAD، ساخت به کمک کامپیوتر، و ساخت افزایشی، همراه با پارامترهای طراحی و مبادلات آن‌ها. این یک ماده مرجع در مورد فناوری و ملاحظات آن است، نه یک پروتکل ساخت یا راهنمای بالینی برای تولید یک دستگاه برای یک فرد.

Core questions

• خط لوله طراحی و ساخت دیجیتال در پروتزها و ارتزها چگونه کار می‌کند؟
• CAD/CAM و ساخت افزایشی چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
• چه پارامترهای طراحی بر استحکام و کیفیت یک دستگاه چاپ سه‌بعدی تأثیر می‌گذارند؟
• مزایا و محدودیت‌های بالقوه ساخت دیجیتال چیست؟

Key concepts

• طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)
• ساخت به کمک کامپیوتر (CAM)
• ساخت افزایشی (چاپ سه‌بعدی)
• اسکن سطحی و ثبت شکل دیجیتال
• ساخت فیلامنت ذوب شده
• پارامترهای پرکننده و لایه
• تکرارپذیری و سفارشی‌سازی

Mechanisms

یک گردش کار دیجیتال معمولاً با ثبت شکل اندام یا ناحیه بدن با یک اسکنر سطحی آغاز می‌شود که یک مدل سه‌بعدی تولید می‌کند. پزشک یا مهندس این مدل را در نرم‌افزار CAD برای ایجاد هندسه دستگاه اصلاح می‌کند و اصلاحات شکلی را اعمال می‌کند که مشابه با کارهایی است که به صورت دستی روی گچ انجام می‌شود. سپس مدل یا از طریق ساخت به کمک کامپیوتر، که یک مدل مثبت را برای قالب‌گیری معمولی حکاکی می‌کند، یا از طریق ساخت افزایشی، که دستگاه را مستقیماً با رسوب مواد لایه به لایه می‌سازد، تحقق می‌یابد. در قطعات چاپ شده، پارامترهای فرآیند مانند انتخاب مواد، جهت‌گیری لایه و چگالی پرکننده بر استحکام مکانیکی تأثیر می‌گذارند، بنابراین این تنظیمات برای اینکه آیا یک دستگاه چاپ شده می‌تواند بارهای عملکردی را تحمل کند، حیاتی هستند.

Clinical relevance

طراحی دیجیتال و ساخت افزایشی در حال تغییر نحوه تولید دستگاه‌های پروتزی و ارتزی هستند و گردش کارهای تکرارپذیر و قابل سفارشی‌سازی را ارائه می‌دهند که یک حوزه فعال تحقیق و عمل است. این مدخل فناوری و ملاحظات مهندسی آن را به عنوان یک ماده مرجع توصیف می‌کند؛ دستورالعمل‌هایی برای ساخت یک دستگاه یا راهنمایی برای انتخاب روش ساخت برای یک بیمار خاص ارائه نمی‌دهد.

Evidence & guidelines

پایگاه شواهد عمدتاً شامل مطالعات و بررسی‌های مهندسی است. بررسی‌های ساخت افزایشی مبتنی بر پلیمر، پذیرش رو به رشد و طیف وسیعی از مواد و فرآیندهای مورد استفاده را توصیف می‌کنند، در حالی که مطالعات تجربی، مانند کمپبل و همکاران (2018)، بررسی می‌کنند که چگونه پارامترهای چاپ مانند درصد پرکننده بر استحکام سوکت‌های ترانس‌تیبیال چاپ سه‌بعدی تأثیر می‌گذارند و نشان می‌دهند که کفایت مکانیکی به شدت به نحوه چاپ دستگاه بستگی دارد.

History

طراحی و ساخت به کمک کامپیوتر از دهه 1980 به بعد وارد حوزه پروتز و ارتز شد تا روشی برای دیجیتالی کردن شکل‌دهی سوکت‌ها و ارتزهایی باشد که به طور سنتی به صورت دستی روی گچ انجام می‌شد. گسترش بعدی چاپ سه‌بعدی در دسترس، به ویژه ساخت فیلامنت ذوب شده، خط لوله دیجیتال را به تولید مستقیم دستگاه‌ها گسترش داد و تحقیقات در مورد مواد، پارامترهای چاپ و استحکام اجزای چاپ شده را تحریک کرد.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

تفاوت بین CAD/CAM و چاپ سه‌بعدی در پروتزها چیست؟

در CAD/CAM، یک مدل دیجیتال برای ماشین‌کاری یک مدل مثبت برای ساخت سنتی استفاده می‌شود، در حالی که در چاپ سه‌بعدی (ساخت افزایشی) خود دستگاه مستقیماً با رسوب مواد لایه به لایه ساخته می‌شود.

آیا نحوه چاپ سه‌بعدی یک سوکت بر استحکام آن تأثیر می‌گذارد؟

بله. پارامترهای فرآیند مانند مواد، جهت‌گیری لایه‌های چاپ شده و چگالی پرکننده بر استحکام مکانیکی یک دستگاه چاپ شده تأثیر می‌گذارند، بنابراین این تنظیمات برای اینکه آیا می‌تواند بارهای عملکردی را تحمل کند، مهم هستند.