보철학 분야의 컴퓨터 지원 설계 및 3D 프린팅

컴퓨터 지원 설계(CAD)와 적층 제조(3D 프린팅)는 보철 및 보조기구의 설계 및 생산에 디지털 워크플로우를 도입합니다. 사지 또는 신체 부위는 스캐닝을 통해 포착되고, 장치는 화면에서 모델링 및 수정된 후, 컴퓨터 제어 제조를 통해 생산됩니다. 이는 전통적인 제작을 위한 모델을 조각하거나(CAD/CAM) 3D 프린팅을 통해 장치를 직접 층별로 구축하는 방식입니다. 이러한 방법들은 더 높은 재현성, 맞춤화, 그리고 일부 환경에서는 더 낮은 비용을 약속합니다.

Definition

보철학 분야의 컴퓨터 지원 설계 및 3D 프린팅은 디지털 모델링(CAD)과 컴퓨터 제어 또는 적층 제조를 함께 사용하여 보철 및 보조기구를 설계하고 제작하는 것으로, 수동 주조 및 수작업 제작을 대체하거나 보완하는 방식입니다.

Scope

이 주제는 보철 및 보조기구에 적용되는 디지털 설계-제작 파이프라인, 즉 스캐닝, CAD 모델링, 컴퓨터 지원 제조 및 적층 제조와 함께 이들의 설계 매개변수 및 장단점을 다룹니다. 이는 기술 및 고려 사항에 대한 참고 자료이며, 제조 프로토콜이나 개인을 위한 장치 생산에 대한 임상 지침은 아닙니다.

Core questions

• 보철 및 보조기구에서 디지털 설계-제작 파이프라인은 어떻게 작동합니까?
• CAD/CAM과 적층 제조는 어떻게 다릅니까?
• 3D 프린팅된 장치의 강도와 품질에 영향을 미치는 설계 매개변수는 무엇입니까?
• 디지털 제작의 잠재적 이점과 한계는 무엇입니까?

Key concepts

• 컴퓨터 지원 설계(CAD)
• 컴퓨터 지원 제조(CAM)
• 적층 제조(3D 프린팅)
• 표면 스캐닝 및 디지털 형상 캡처
• 용융 필라멘트 제작
• 채움 및 층 매개변수
• 재현성 및 맞춤화

Mechanisms

디지털 워크플로우는 일반적으로 표면 스캐너를 사용하여 사지 또는 신체 부위의 형태를 포착하여 3차원 모델을 생성하는 것으로 시작됩니다. 임상의 또는 엔지니어는 CAD 소프트웨어에서 이 모델을 수정하여 장치 형상을 생성하며, 석고 모형에 수작업으로 적용하는 것과 유사한 형태 보정을 적용합니다. 그런 다음 모델은 기존 성형을 위한 양성 모델을 조각하는 컴퓨터 지원 제조 방식이나, 재료를 층별로 쌓아 장치를 직접 구축하는 적층 제조 방식을 통해 구현됩니다. 프린팅된 부품의 경우, 재료 선택, 층 방향 및 채움 밀도와 같은 공정 매개변수가 기계적 강도에 영향을 미치므로, 이러한 설정은 프린팅된 장치가 기능적 하중을 견딜 수 있는지 여부에 매우 중요합니다.

Clinical relevance

디지털 설계 및 적층 제조는 보철 및 보조기구의 생산 방식을 재편하고 있으며, 활발한 연구 및 실습 분야인 재현 가능하고 맞춤화 가능한 워크플로우를 제공합니다. 이 항목은 기술 및 엔지니어링 고려 사항을 참고 자료로 설명하며, 장치 제작 지침이나 개별 환자를 위한 제조 방법 선택에 대한 지침을 제공하지 않습니다.

Evidence & guidelines

증거 기반은 주로 엔지니어링 연구 및 검토로 구성됩니다. 폴리머 기반 적층 제조에 대한 검토는 증가하는 채택률과 사용 중인 재료 및 공정의 범위를 설명하며, Campbell 등(2018)과 같은 실험 연구는 채움 비율과 같은 프린팅 매개변수가 3D 프린팅된 경골 절단 의지의 강도에 어떻게 영향을 미치는지 조사하여, 기계적 적합성이 장치가 프린팅되는 방식에 크게 의존함을 강조합니다.

History

컴퓨터 지원 설계 및 제조는 1980년대부터 보철 및 보조기구 분야에 도입되어, 전통적으로 석고 모형에 수작업으로 이루어지던 소켓 및 보조기의 형태를 디지털화하는 방법으로 사용되었습니다. 이후 접근 가능한 3D 프린팅, 특히 용융 필라멘트 제작 방식의 확산은 디지털 파이프라인을 장치의 직접 생산으로 확장하고 재료, 프린팅 매개변수 및 프린팅된 부품의 강도에 대한 연구를 촉진했습니다.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

보철학 분야에서 CAD/CAM과 3D 프린팅의 차이점은 무엇입니까?

CAD/CAM에서는 디지털 모델을 사용하여 기존 제작을 위한 양성 모델을 가공하는 반면, 3D 프린팅(적층 제조)에서는 재료를 층별로 쌓아 장치 자체를 직접 제작합니다.

소켓이 3D 프린팅되는 방식이 강도에 영향을 미칩니까?

네. 재료, 프린팅된 층의 방향, 채움 밀도와 같은 공정 매개변수는 프린팅된 장치의 기계적 강도에 영향을 미치므로, 이러한 설정은 장치가 기능적 하중을 견딜 수 있는지 여부에 중요합니다.