評(píng)估3D打印足矯形器的性能

來(lái)源：廣西增材制造協(xié)會(huì)

患有扁平足等疾病的人經(jīng)常求助于定制足部矯形器,，可以使用3D打印和掃描技術(shù)以更低的成本在更少的時(shí)間內(nèi)制造出這種矯形器,。來(lái)自臺(tái)灣的一組研究人員最近進(jìn)行了一項(xiàng)名為“ 3D打印足矯形器的生物力學(xué)評(píng)估和強(qiáng)度測(cè)試”的研究,，目的是評(píng)估扁平足患者對(duì)3D打印足部矯形器的使用情況,，研究人員寫(xiě)道：“這項(xiàng)研究的目的是使用低成本3D打印技術(shù)制造足部矯形器,，并評(píng)估3D打印足部矯形器在柔性扁平足個(gè)體中的機(jī)械性能和生物力學(xué)效果�,！�

圖1：3D打印足部矯形器的制作,。（c）從腳部模型中提取足部矯形器形狀。（d）導(dǎo)入到Cura中的Solid 足部矯形器模型將被切片并作為G代碼輸出

他們以0°,，45°和90°的方向3D打印了18個(gè)足部矯形器樣品,，并與12個(gè)個(gè)體進(jìn)行了人體運(yùn)動(dòng)分析，并進(jìn)行了機(jī)械測(cè)試以確定其最大壓縮載荷和剛度,。研究人員3D掃描了參與者的腳,，然后將結(jié)果導(dǎo)出為STL文件，并使用Autodesk Meshmixer軟件對(duì)其進(jìn)行了編輯,，并在Infinity X1 FDM 3D打印機(jī)上用PLA燈絲打印了3D,。使用Ultimaker Cura 3.3軟件定義足部矯形器的構(gòu)建參數(shù)。

研究人員解釋說(shuō)：“由于不存在用于足部矯形器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試,，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種程序來(lái)測(cè)試足部矯形器的剛度,。”“在每個(gè)足部矯形器的側(cè)面放置了一個(gè)矩形夾具測(cè)量,�,！�

然后，對(duì)每個(gè)構(gòu)建方向的六個(gè)3D打印足部矯形器進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓縮,，然后團(tuán)隊(duì)收集了位移和反作用力數(shù)據(jù),。為了比較足部矯形器的最大壓縮載荷和剛度，還完成了方差分析（ANOVA）或方差的單向分析,、檢驗(yàn),。

（e）使用Infinity X1 3D打印機(jī)打印的3D 足部矯形器。（f）3D打印的足部矯形器的俯視圖和（g）后視圖,。

他們寫(xiě)道：“執(zhí)行的壓縮測(cè)試表明,，當(dāng)位移小于5mm時(shí)，足部矯形器的45°和90°生成取向?qū)е孪嗨频妮d荷和位移行為,�,！薄胺讲罘治鼋沂玖巳后w之間的差異。 Tukey測(cè)試表明,，使用45°構(gòu)造方向（N）制成的足部矯形器中的最大負(fù)載明顯大于使用90°（N）和0°（N）構(gòu)造方向所制成的足部矯形器,。

參與者還進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)捕捉實(shí)驗(yàn)，其中運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)均由八臺(tái)攝像機(jī)的3D Vicon運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)收集,。他們必須穿著標(biāo)準(zhǔn)鞋“進(jìn)行五次以自選速度進(jìn)行水平行走的試驗(yàn)”,，然后再嵌入3D打印足部矯形器。

團(tuán)隊(duì)再次進(jìn)行了ANOVA測(cè)試,，以比較三個(gè)構(gòu)建方向中每個(gè)方向的足部矯形器的機(jī)械參數(shù),。為了比較運(yùn)動(dòng)捕捉測(cè)試中的生物力學(xué)變量，還進(jìn)行了配對(duì)樣本測(cè)試,。

“結(jié)果表明,，45°構(gòu)造方向產(chǎn)生了最強(qiáng)的足部矯形器,。此外，在Shoe + 足部矯形器條件下,，最大踝伸肌力矩和外旋肌力矩分別顯著降低了35％和16％,，但與Shoe條件相比，最大踝plant屈力矩增加了3％,。研究人員寫(xiě)道：“在兩種情況下,，地面反作用力沒(méi)有顯著差異�,！薄斑@項(xiàng)研究表明3D打印的足部矯形器可以改變步態(tài)期間的踝關(guān)節(jié)力矩,。

“我們可以得出結(jié)論，低成本3D打印技術(shù)具有制造定制足部矯形器的能力,，并具有糾正腳部異常的足夠支持,。我們提供的證據(jù)表明，這些足部矯形器引起了生物力學(xué)的變化,，并對(duì)扁平足的人產(chǎn)生了積極的影響,。”