Исследователи напечатали на 3D-принтере протез пальца для людей с ампутированными конечностями

В новой статье подробно описывается недорогой, управляемый телом протез пальца, изготовленный методом 3D-печати, для людей с ампутацией нижних конечностей, что свидетельствует о новом импульсе в разработке практичных, настраиваемых решений для людей с частичной ампутацией пальцев.

Большинство читателей знакомы с историей 3D-печатных протезов благодаря общественным проектам и сотрудничеству с клиниками, в рамках которых создаются кисти рук с приводом от запястья и косметические накладки. Однако частичная потеря пальцев – это совсем другая область проектирования. Здесь меньше места для соединений, выше требования к комфорту при сдвиге и постоянный компромисс между эстетической формой и функциональным рычагом. Коммерческие устройства существуют, но изготовление на заказ часто увеличивает стоимость и сроки выполнения.

Именно поэтому так важна целенаправленная конструкция пальцев, приводимая в движение телом. Избегая двигателей, батарей и сложных датчиков, системы, работающие за счет движения тела, опираются на кабели, рычажные механизмы и упругие возвраты для обеспечения повторяемого движения. Аддитивное производство, в свою очередь, обеспечивает быструю итерацию, индивидуальную геометрию и возможность согласования прочности детали с траекториями нагрузки во время печати. Для клиник и лабораторий с ограниченным бюджетом такое сочетание является привлекательным.

Почему это имеет значение

Протезы для людей с частичной потерей пальцев обычно оцениваются по четырем параметрам: комфорт, прочность, управляемость и внешний вид. Аддитивные технологии помогают решить все четыре проблемы. Индивидуально подобранная гильза позволяет равномерно распределить давление на жизнеспособные ткани и избежать образования чувствительных рубцов. CAD-модели могут быть параметризованы в соответствии с остаточной длиной и шириной фаланги, что улучшает фиксацию без излишних ремней. Текстура поверхности и тонкие подушечки из ТПУ обеспечивают дополнительное сцепление без увеличения объема, а в случае поломки замену можно изготовить за ночь.

С экономической точки зрения, распределенное производство является наиболее интересным направлением. Небольшая лаборатория или мастерская с надежной системой FFF может производить тестовые образцы, испытывать различные геометрии шарниров и адаптировать трассировку сухожилий с минимальными затратами материалов. Это может сократить цикл от оценки до создания работоспособного устройства, особенно в регионах, где доступ к традиционным протезам ограничен или задержки с доставкой длительны. Сервисные бюро также могут предложить более прочные материалы или более точные процессы после того, как конструкция будет стабилизирована.

Механизм, работающий от энергии, встроенный в тело.

Хотя здесь не приводится полное техническое описание статьи, фраза «приводимый в движение телом» убедительно указывает на механизм с тросовым или рычажным приводом, который преобразует движение от проксимального сустава в дистальное сгибание, с упругим или пружинным возвратом для разгибания. Вероятное объяснение заключается в том, что команда выбрала полимеры FFF из-за их стоимости и доступности, используя простые шарнирные соединения, втулки или напечатанные на 3D-принтере подвижные шарниры там, где это уместно, а также стандартные винты и шнур для привода. Такой подход упрощает инструментарий и позволяет проводить ремонт в полевых условиях с помощью простых ручных инструментов.

Реальную ценность будут определять ограничения. Полимеры ползучие под нагрузкой, поэтому размеры шарниров, ориентация печати и стратегия заполнения должны обеспечивать баланс между весом и долговечностью. Кабели создают трение и износ; тщательная прокладка оболочки и малые радиусы изгиба имеют значение. Воздействие тепла и воды может размягчить или разбухнуть детали, если материалы и зазоры не будут выбраны соответствующим образом. Гигиена и контакт с кожей также имеют решающее значение, а это значит, что гладкие внутренние поверхности и дышащая подкладка — это не просто желательные, а необходимые условия для ежедневного ношения.

Если конструкция окажется надежной, то непосредственной выгодой для них станут реабилитационные клиники, университетские лаборатории и НПО, которые уже используют небольшие парки принтеров. Работники автомобильной и промышленной отраслей, которым требуется специальное усиление для одного пальца, также могут извлечь пользу из быстро изготавливаемых, адаптированных под конкретные задачи устройств. Что касается программного обеспечения, параметрический рабочий процесс — даже простой скрипт для определения размеров — сократит время, затрачиваемое врачами на настройку, и уменьшит узкие места в САПР.

На что читателям следует обратить внимание дальше? На объективные данные. Заявленная сила захвата в зависимости от входного сигнала кабеля, диапазон движений при распространенных уровнях ампутации, испытания на износостойкость в течение тысяч циклов и оценки комфорта пользователя в ходе многонедельных испытаний позволят отличить удачный прототип от готового к клиническому применению устройства. Сравнение материалов — petg, нейлон, армированный нейлон и, возможно, варианты из смолы или SLS — позволит уточнить пределы долговечности и протоколы очистки. Если авторы выпустят модели под действующей лицензией, внедрение может произойти быстро; без этого воспроизведение может застопориться.

Как всегда в медицинских приложениях, сотрудничество с сертифицированными протезистами и внимание к местным нормативным требованиям определят, где и как быстро эта концепция дойдёт до пациентов. Но если напечатанный на 3D-принтере шарнир и кабель помогут кому-то снова держать кружку, это тот вид постепенного успеха в аддитивном производстве, который в совокупности даёт ощутимый результат.

Разработка и изготовление напечатанного на 3D-принтере протеза пальца с приводом от собственного тела для трансфаланговой ампутации

Мы в Центре 3д печати и 3д сканирования Фидллер иногда печатает протезы для животных такого типа — https://fidller.com/protez-nogi-dlya-malenkoy-sobachki/

И всячески стараемся освещать эту тему например:

Сложная реальность 3D-печати протезов

Напечатанная на 3D-принтере копия 500-летнего протеза руки

Создан для экстремальных ситуаций: как человек с

Студенты печатают недорогой роботизированный протез руки

Первый 3D-печатный большой палец в США вернул надежду

Теперь Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер выполняет лазерную резку, проекты для ферм 3d печати, электроснабжения.

По всем вопросам обращаться (круглосуточно):

телеграм — https://t.me/fidller

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

вк — https://vk.com/3d_krd_123