Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính và in 3D trong bộ phận giả

Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính (CAD) và sản xuất bồi đắp (in 3D) mang quy trình làm việc kỹ thuật số vào thiết kế và sản xuất các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả. Một chi hoặc vùng cơ thể được thu thập bằng cách quét, một thiết bị được mô hình hóa và sửa đổi trên màn hình, sau đó được sản xuất bằng phương pháp sản xuất điều khiển bằng máy tính, bằng cách khắc một mô hình để chế tạo truyền thống (CAD/CAM) hoặc bằng cách xây dựng trực tiếp thiết bị từng lớp thông qua in 3D. Các phương pháp này hứa hẹn khả năng tái tạo, tùy chỉnh cao hơn và, trong một số trường hợp, chi phí thấp hơn.

Definition

Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính và in 3D trong bộ phận giả là việc sử dụng mô hình hóa kỹ thuật số (CAD) cùng với sản xuất điều khiển bằng máy tính hoặc sản xuất bồi đắp để thiết kế và chế tạo các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả, thay thế hoặc bổ sung cho việc đúc thủ công và chế tạo bằng tay.

Scope

Chủ đề này bao gồm quy trình thiết kế-chế tạo kỹ thuật số áp dụng cho bộ phận giả và chỉnh hình: quét, mô hình hóa CAD, sản xuất hỗ trợ bằng máy tính và sản xuất bồi đắp, cùng với các thông số thiết kế và đánh đổi của chúng. Đây là tài liệu tham khảo về công nghệ và các cân nhắc của nó, không phải là quy trình sản xuất hoặc hướng dẫn lâm sàng để sản xuất một thiết bị cho một cá nhân.

Core questions

• Quy trình thiết kế-chế tạo kỹ thuật số hoạt động như thế nào trong bộ phận giả và chỉnh hình?
• CAD/CAM và sản xuất bồi đắp khác nhau như thế nào?
• Những thông số thiết kế nào ảnh hưởng đến độ bền và chất lượng của thiết bị được in 3D?
• Những lợi ích và hạn chế tiềm năng của chế tạo kỹ thuật số là gì?

Key concepts

• Thiết kế hỗ trợ bằng máy tính (CAD)
• Sản xuất hỗ trợ bằng máy tính (CAM)
• Sản xuất bồi đắp (in 3D)
• Quét bề mặt và thu thập hình dạng kỹ thuật số
• Chế tạo sợi nóng chảy
• Thông số lấp đầy và lớp
• Khả năng tái tạo và tùy chỉnh

Mechanisms

Quy trình làm việc kỹ thuật số thường bắt đầu bằng cách thu thập hình dạng của chi hoặc vùng cơ thể bằng máy quét bề mặt, tạo ra một mô hình ba chiều. Bác sĩ lâm sàng hoặc kỹ sư sửa đổi mô hình này trong phần mềm CAD để tạo ra hình học của thiết bị, áp dụng các hiệu chỉnh hình dạng tương tự như những gì được thực hiện bằng tay trên khuôn thạch cao. Mô hình sau đó được hiện thực hóa bằng sản xuất hỗ trợ bằng máy tính, khắc một mô hình dương để đúc khuôn thông thường, hoặc bằng sản xuất bồi đắp, xây dựng trực tiếp thiết bị bằng cách lắng đọng vật liệu từng lớp. Trong các bộ phận được in, các thông số quy trình như lựa chọn vật liệu, hướng lớp và mật độ lấp đầy ảnh hưởng đến độ bền cơ học, vì vậy các cài đặt này là trung tâm để xác định liệu một thiết bị được in có thể chịu được tải trọng chức năng hay không.

Clinical relevance

Thiết kế kỹ thuật số và sản xuất bồi đắp đang định hình lại cách sản xuất các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả, đồng thời cung cấp các quy trình làm việc có thể tái tạo, tùy chỉnh, đây là một lĩnh vực nghiên cứu và thực hành tích cực. Mục này mô tả công nghệ và các cân nhắc kỹ thuật của nó như tài liệu tham khảo; nó không cung cấp hướng dẫn chế tạo thiết bị hoặc hướng dẫn lựa chọn phương pháp sản xuất cho từng bệnh nhân.

Evidence & guidelines

Cơ sở bằng chứng chủ yếu là các nghiên cứu và đánh giá kỹ thuật. Các đánh giá về sản xuất bồi đắp dựa trên polymer mô tả sự chấp nhận ngày càng tăng và phạm vi vật liệu và quy trình đang được sử dụng, trong khi các nghiên cứu thực nghiệm, chẳng hạn như của Campbell và cộng sự (2018), kiểm tra cách các thông số in như tỷ lệ lấp đầy ảnh hưởng đến độ bền của ổ cắm xương chày được in 3D, nhấn mạnh rằng sự đầy đủ về cơ học phụ thuộc rất nhiều vào cách thiết bị được in.

History

Thiết kế và sản xuất hỗ trợ bằng máy tính đã đi vào lĩnh vực bộ phận giả và chỉnh hình từ những năm 1980 trở đi như một cách để số hóa việc tạo hình các ổ cắm và chỉnh hình mà theo truyền thống đã được thực hiện bằng tay trên khuôn thạch cao. Sự phổ biến sau này của in 3D dễ tiếp cận, đặc biệt là chế tạo sợi nóng chảy, đã mở rộng quy trình kỹ thuật số sang sản xuất trực tiếp các thiết bị và thúc đẩy nghiên cứu về vật liệu, thông số in và độ bền của các thành phần được in.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa CAD/CAM và in 3D trong bộ phận giả là gì?

Trong CAD/CAM, một mô hình kỹ thuật số được sử dụng để gia công một mô hình dương để chế tạo thông thường, trong khi trong in 3D (sản xuất bồi đắp) bản thân thiết bị được xây dựng trực tiếp bằng cách lắng đọng vật liệu từng lớp.

Cách một ổ cắm được in 3D có ảnh hưởng đến độ bền của nó không?

Có. Các thông số quy trình như vật liệu, hướng của các lớp được in và mật độ lấp đầy ảnh hưởng đến độ bền cơ học của một thiết bị được in, vì vậy các cài đặt này rất quan trọng để xác định liệu nó có thể chịu được tải trọng chức năng hay không.