Компьютерное проектирование и 3D-печать в протезировании

Системы автоматизированного проектирования (САПР) и аддитивное производство (3D-печать) привносят цифровые рабочие процессы в проектирование и изготовление протезно-ортопедических изделий. Конечность или область тела сканируется, устройство моделируется и модифицируется на экране, а затем производится с помощью управляемого компьютером производства, либо путем вырезания модели для традиционного изготовления (CAD/CAM), либо путем непосредственного послойного создания устройства с помощью 3D-печати. Эти методы обещают большую воспроизводимость, индивидуализацию и, в некоторых случаях, более низкую стоимость.

Definition

Компьютерное проектирование и 3D-печать в протезировании — это использование цифрового моделирования (САПР) в сочетании с компьютерным или аддитивным производством для проектирования и изготовления протезно-ортопедических изделий, заменяющее или дополняющее ручное литье и ручное изготовление.

Scope

Эта тема охватывает процесс цифрового проектирования и изготовления применительно к протезированию и ортезированию: сканирование, САПР-моделирование, автоматизированное производство и аддитивное производство, а также их параметры проектирования и компромиссы. Это справочный материал по технологии и ее особенностям, а не производственный протокол или клиническое руководство по изготовлению устройства для конкретного человека.

Core questions

• Как работает процесс цифрового проектирования и изготовления в протезировании и ортезировании?
• В чем разница между CAD/CAM и аддитивным производством?
• Какие параметры проектирования влияют на прочность и качество 3D-печатного устройства?
• Каковы потенциальные преимущества и ограничения цифрового производства?

Key concepts

• Система автоматизированного проектирования (САПР)
• Автоматизированное производство (CAM)
• Аддитивное производство (3D-печать)
• Поверхностное сканирование и цифровой захват формы
• Послойное наплавление нити
• Параметры заполнения и слоев
• Воспроизводимость и индивидуализация

Mechanisms

Цифровой рабочий процесс обычно начинается с захвата формы конечности или области тела с помощью поверхностного сканера, создающего трехмерную модель. Клиницист или инженер модифицирует эту модель в программном обеспечении САПР для создания геометрии устройства, применяя коррекции формы, аналогичные тем, что выполняются вручную на гипсовой повязке. Затем модель реализуется либо с помощью автоматизированного производства, которое вырезает позитивную модель для обычного формования, либо с помощью аддитивного производства, которое создает устройство непосредственно путем послойного нанесения материала. В напечатанных деталях параметры процесса, такие как выбор материала, ориентация слоев и плотность заполнения, влияют на механическую прочность, поэтому эти настройки имеют центральное значение для того, сможет ли напечатанное устройство выдерживать функциональные нагрузки.

Clinical relevance

Цифровое проектирование и аддитивное производство меняют способы изготовления протезно-ортопедических изделий и предлагают воспроизводимые, настраиваемые рабочие процессы, которые являются активной областью исследований и практики. Эта статья описывает технологию и ее инженерные аспекты в качестве справочного материала; она не содержит инструкций по изготовлению устройства или рекомендаций по выбору метода изготовления для конкретного пациента.

Evidence & guidelines

Доказательная база в основном состоит из инженерных исследований и обзоров. Обзоры аддитивного производства на основе полимеров описывают растущее внедрение и диапазон используемых материалов и процессов, в то время как экспериментальные исследования, такие как исследование Кэмпбелла и коллег (2018), изучают, как параметры печати, такие как процент заполнения, влияют на прочность 3D-печатных транстибиальных гильз, подчеркивая, что механическая адекватность сильно зависит от того, как устройство напечатано.

History

Компьютерное проектирование и производство вошли в протезирование и ортезирование с 1980-х годов как способ оцифровки формовки гильз и ортезов, которая традиционно выполнялась вручную на гипсовых повязках. Последующее распространение доступной 3D-печати, в частности послойного наплавления нити, расширило цифровую цепочку до непосредственного производства устройств и стимулировало исследования материалов, параметров печати и прочности напечатанных компонентов.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

В чем разница между CAD/CAM и 3D-печатью в протезировании?

В CAD/CAM цифровая модель используется для механической обработки позитивной модели для обычного изготовления, тогда как в 3D-печати (аддитивном производстве) само устройство создается непосредственно путем послойного нанесения материала.

Влияет ли способ 3D-печати гильзы на ее прочность?

Да. Параметры процесса, такие как материал, ориентация напечатанных слоев и плотность заполнения, влияют на механическую прочность напечатанного устройства, поэтому эти настройки важны для того, сможет ли оно выдерживать функциональные нагрузки.