Conception assistée par ordinateur et impression 3D en prothèses

La conception assistée par ordinateur (CAO) et la fabrication additive (impression 3D) apportent des flux de travail numériques à la conception et à la production de dispositifs prothétiques et orthétiques. Un membre ou une région du corps est capturé par numérisation, un dispositif est modélisé et modifié à l'écran, puis il est produit par fabrication assistée par ordinateur, soit en sculptant un modèle pour une fabrication traditionnelle (CAO/FAO), soit en construisant le dispositif directement couche par couche par impression 3D. Ces méthodes promettent une reproductibilité accrue, une personnalisation et, dans certains contextes, des coûts réduits.

Definition

La conception assistée par ordinateur et l'impression 3D en prothèses désignent l'utilisation de la modélisation numérique (CAO) associée à la fabrication assistée par ordinateur ou additive pour concevoir et fabriquer des dispositifs prothétiques et orthétiques, remplaçant ou complétant le moulage manuel et la fabrication artisanale.

Scope

Ce sujet couvre la chaîne numérique de conception et de fabrication telle qu'elle s'applique aux prothèses et orthèses : numérisation, modélisation CAO, fabrication assistée par ordinateur et fabrication additive, ainsi que leurs paramètres de conception et leurs compromis. Il s'agit d'un document de référence sur la technologie et ses considérations, et non d'un protocole de fabrication ou d'une directive clinique pour la production d'un dispositif pour un individu.

Core questions

• Comment fonctionne une chaîne numérique de conception et de fabrication en prothèses et orthèses ?
• En quoi la CAO/FAO et la fabrication additive diffèrent-elles ?
• Quels paramètres de conception affectent la résistance et la qualité d'un dispositif imprimé en 3D ?
• Quels sont les avantages et les limites potentiels de la fabrication numérique ?

Key concepts

• Conception assistée par ordinateur (CAO)
• Fabrication assistée par ordinateur (FAO)
• Fabrication additive (impression 3D)
• Numérisation de surface et capture numérique de forme
• Fabrication par dépôt de fil fondu
• Paramètres de remplissage et de couche
• Reproductibilité et personnalisation

Mechanisms

Un flux de travail numérique commence généralement par la capture de la forme du membre ou de la région du corps à l'aide d'un scanner de surface, produisant un modèle tridimensionnel. Le clinicien ou l'ingénieur modifie ce modèle dans un logiciel de CAO pour créer la géométrie du dispositif, en appliquant des rectifications de forme analogues à celles effectuées manuellement sur un plâtre. Le modèle est ensuite réalisé soit par fabrication assistée par ordinateur, qui sculpte un modèle positif pour le moulage conventionnel, soit par fabrication additive, qui construit le dispositif directement en déposant le matériau couche par couche. Dans les pièces imprimées, les paramètres de processus tels que le choix du matériau, l'orientation des couches et la densité de remplissage influencent la résistance mécanique, de sorte que ces réglages sont essentiels pour déterminer si un dispositif imprimé peut supporter des charges fonctionnelles.

Clinical relevance

La conception numérique et la fabrication additive transforment la manière dont les dispositifs prothétiques et orthétiques sont produits et offrent des flux de travail reproductibles et personnalisables qui constituent un domaine actif de recherche et de pratique. Cette entrée décrit la technologie et ses considérations d'ingénierie comme matériel de référence ; elle ne fournit pas d'instructions pour la fabrication d'un dispositif ni de directives pour le choix d'une méthode de fabrication pour un patient individuel.

Evidence & guidelines

La base de données probantes est dominée par les études et les revues d'ingénierie. Les revues sur la fabrication additive à base de polymères décrivent une adoption croissante et l'éventail des matériaux et processus utilisés, tandis que des études expérimentales, telles que celles de Campbell et collègues (2018), examinent comment les paramètres d'impression comme le pourcentage de remplissage affectent la résistance des emboîtures transtibiales imprimées en 3D, soulignant que l'adéquation mécanique dépend fortement de la manière dont un dispositif est imprimé.

History

La conception et la fabrication assistées par ordinateur ont fait leur entrée dans le domaine des prothèses et orthèses à partir des années 1980 comme moyen de numériser le façonnage des emboîtures et des orthèses qui était traditionnellement réalisé à la main sur des moulages en plâtre. La diffusion ultérieure de l'impression 3D accessible, en particulier la fabrication par dépôt de fil fondu, a étendu la chaîne numérique à la production directe de dispositifs et a stimulé la recherche sur les matériaux, les paramètres d'impression et la résistance des composants imprimés.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la CAO/FAO et l'impression 3D en prothèses ?

En CAO/FAO, un modèle numérique est utilisé pour usiner un modèle positif destiné à la fabrication conventionnelle, tandis qu'en impression 3D (fabrication additive), le dispositif lui-même est construit directement en déposant le matériau couche par couche.

La manière dont une emboîture est imprimée en 3D affecte-t-elle sa résistance ?

Oui. Les paramètres de processus tels que le matériau, l'orientation des couches imprimées et la densité de remplissage influencent la résistance mécanique d'un dispositif imprimé, de sorte que ces réglages sont importants pour déterminer s'il peut supporter des charges fonctionnelles.