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评估3D打印足矫形器的性能

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评估3D打印足矫形器的性能

作者:
发布时间:
2019/12/25
【摘要】:
患有扁平足等疾病的人经常求助于定制足部矫形器,可以使用3D打印和扫描技术以更低的成本在更少的时间内制造出这种矫形器。来自台湾的一组研究人员最近进行了一项名为“3D打印足矫形器的生物力学评估和强度测试”的研究,目的是评估扁平足患者对3D打印足部矫形器的使用情况,研究人员写道:“这项研究的目的是使用低成本3D打印技术制造足部矫形器,并评估3D打印足部矫形器在柔性扁平足个体中的机械性能和生物力学效果。”
  来源:广西增材制造协会
  患有扁平足等疾病的人经常求助于定制足部矫形器,可以使用3D打印和扫描技术以更低的成本在更少的时间内制造出这种矫形器。来自台湾的一组研究人员最近进行了一项名为“ 3D打印足矫形器的生物力学评估和强度测试”的研究,目的是评估扁平足患者对3D打印足部矫形器的使用情况,研究人员写道:“这项研究的目的是使用低成本3D打印技术制造足部矫形器,并评估3D打印足部矫形器在柔性扁平足个体中的机械性能和生物力学效果。”
 
 
图1:3D打印足部矫形器的制作。(c)从脚部模型中提取足部矫形器形状。(d)导入到Cura中的Solid 足部矫形器模型将被切片并作为G代码输出
  他们以0°,45°和90°的方向3D打印了18个足部矫形器样品,并与12个个体进行了人体运动分析,并进行了机械测试以确定其最大压缩载荷和刚度。研究人员3D扫描了参与者的脚,然后将结果导出为STL文件,并使用Autodesk Meshmixer软件对其进行了编辑,并在Infinity X1 FDM 3D打印机上用PLA灯丝打印了3D。使用Ultimaker Cura 3.3软件定义足部矫形器的构建参数。
  研究人员解释说:“由于不存在用于足部矫形器的标准测试,我们设计了一种程序来测试足部矫形器的刚度。”“在每个足部矫形器的侧面放置了一个矩形夹具测量。”
  然后,对每个构建方向的六个3D打印足部矫形器进行动态压缩,然后团队收集了位移和反作用力数据。为了比较足部矫形器的最大压缩载荷和刚度,还完成了方差分析(ANOVA)或方差的单向分析、检验。
 
 
(e)使用Infinity X1 3D打印机打印的3D 足部矫形器。(f)3D打印的足部矫形器的俯视图和(g)后视图。
  他们写道:“执行的压缩测试表明,当位移小于5mm时,足部矫形器的45°和90°生成取向导致相似的载荷和位移行为。”“方差分析揭示了群体之间的差异。 Tukey测试表明,使用45°构造方向(N)制成的足部矫形器中的最大负载明显大于使用90°(N)和0°(N)构造方向所制成的足部矫形器。
  参与者还进行了运动捕捉实验,其中运动学和动力学数据均由八台摄像机的3D Vicon运动分析系统收集。他们必须穿着标准鞋“进行五次以自选速度进行水平行走的试验”,然后再嵌入3D打印足部矫形器。
 
 
  团队再次进行了ANOVA测试,以比较三个构建方向中每个方向的足部矫形器的机械参数。为了比较运动捕捉测试中的生物力学变量,还进行了配对样本测试。
  “结果表明,45°构造方向产生了最强的足部矫形器。此外,在Shoe + 足部矫形器条件下,最大踝伸肌力矩和外旋肌力矩分别显着降低了35%和16%,但与Shoe条件相比,最大踝plant屈力矩增加了3%。研究人员写道:“在两种情况下,地面反作用力没有显着差异。”“这项研究表明3D打印的足部矫形器可以改变步态期间的踝关节力矩。
 
 
  “我们可以得出结论,低成本3D打印技术具有制造定制足部矫形器的能力,并具有纠正脚部异常的足够支持。我们提供的证据表明,这些足部矫形器引起了生物力学的变化,并对扁平足的人产生了积极的影响。”