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密歇根大学与Stratasys合作开发矫形器增材制造解决方案【爱游戏体育】
2021-07-01 01:22
本文摘要:日前,美国密歇根大学与AltairEngineering和Stratasys公司联手合作,联合构成了CYBER团队。该团队最近拒绝接受AmericaMakes(即美国国家增材生产创意研究员)的委托和资助,致力于研发出有一种解决方案,该方案将利用3D打印机和工业4.0(Industry4.0)来改建踝足矫形器(AFO)的设计、舒适性、实用性和自定义。

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日前,美国密歇根大学与AltairEngineering和Stratasys公司联手合作,联合构成了CYBER团队。该团队最近拒绝接受AmericaMakes(即美国国家增材生产创意研究员)的委托和资助,致力于研发出有一种解决方案,该方案将利用3D打印机和工业4.0(Industry4.0)来改建踝足矫形器(AFO)的设计、舒适性、实用性和自定义。

  为了做这一点,CYBER团队将研发出有一种增材生产(AM)设计的数字化流程,而这个流程将不会与一个基于云计算的网络系统相连接,并通过后者交会熔融沉积成型(FDM?)增材生产技术和AltairOptiStruct?软件,最后构建踝足矫形器(AFO)的自定义化生产。  当前AFO生产的痛点  传统上,要为患者自定义AFO的话,就必须娴熟的矫正器修配者和技术人员用于玻璃钢铸带为患者的小腿生产一个“模腔(impression)”(A和B,闻右图);(C)然后将液态的石膏铸铁入模腔,制作出有模型;(d)用手工在患者的骨骼凸起和耐压区的适当方位改动石膏模型;(E)用于一个热塑性板在模型周围展开真空成型;(f)手工遮荫该塑料矫形器至最后形状;然后在上面加到适当的辅助材料,比如填充物或者带子等;最后将其装有AFO患者身上。

  制作自定义踝足矫形器的传统工艺  这个过程的痛点在于,由于必须诸多环节和娴熟的技师,其交货周期一般来说必须2至4周;而且该过程大量用于重复使用石膏材料;而矫形器通体用于的板材厚度恒定容许了其优化结构和重量的能力;除此之外,它还无法相容现代分析技术以优化AFO的强度和弹性,以最大化患者的行动能力。  CYBER解决方案:通过工业4.0构建AFO的生产  为此CYBER团队联合合作致力于必要解决问题这些影响患者和护理人员的痛点,同时优化AFO,增加生产成本,减缓生产速度。

  未来基于云计算的网络物理系统将容许临床医生利用一个在线门户建构AFO,并将其临床专业知识与自动化工具融合一起为患者制定处方。他们研发的网络物理系统将不会把基于云计算的算法过程与物理组件生产无缝构建一起以优化零部件的整体几何形状及其对应的刀具路径。  该AFO增材生产解决方案的优势还包括:  增加交货时间:AFO一般来说交货时间是2-4周。该团队计划通过网络物理系统将交货时间削减为1天;  提升精度水平:石膏在潮湿后往往不会膨胀,所以以前如果不经过递归或者有经验的执业医师的话,其石膏模具往往无法准确拷贝患者踝关节和脚部的形状。

CYBER团队计划利用准确的3D扫瞄,才可获取即时、精确的AFO设计。  防止了多次拜访:患者一次拜访才可已完成AFO的生产,节省了患者和护理人员的成本。

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  提高了AFO设计的维度:AFO的形状受到了当前生产能力的容许,使得医师和设计人员无法设计更为简单的功能。  该团队计划通过在计算出来模型和刀具路径基础上的优化来推展未来的AFO设计,同时希望临床医生参予以获取个性化护理。据天工社理解,一位下肢矫形器使用者的平均年龄是70岁,因此轻量化和易用性在这个项目中十分最重要。

  不过就目前而言,AFO的增材生产流程还非常简单,对于操作者人员的拒绝十分低,除此之外,当前的增材生产流程还有一下缺点:  机器的生产能力:目前增材生产技术的生产能力尚能足以反对患者一次拜访即取得自定义的AFO。CYBER必须寻找一种新的设计方法,以减少机器生产能力和构建更加较低的材料用量,同时维持结构的完整性和功能性。  多材料:在一个自定义的AFO上,同时必须硬质材料获取结构性的功能和柔性材料获取舒适性;  缺少临床模块和系统集成:目前还没一种软件系统可以无缝地处置所有数据,这些数据还包括患者的3D扫瞄尺寸、矫形器的形状,再行到可3D打印机的命令文件等。  美国退伍军人将首度获益  根据CYBER团队的计划,美国退伍军人管理局(VA)将沦为该解决方案的第一个合作伙伴。

该方案一旦测试已完成,就不会部署到全美的VA矫形器和假肢网点,首先为退伍军人和他们的家庭服务。  多达,从2005到2009,VA花上在矫形器和假肢方面的支出完全减少了80%,从9.07亿美元快速增长至16亿美元。单在2009年VA就给退伍军人获取了150万件矫形器。随着整体人口的老龄化,这一数字还在大大快速增长。

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根据美国矫形假肢协会(AOPA)的研究结论,如果CYBER团队的增材生产解决方案需要在VA的网络里全面部署,到2020年,在医疗保险方面的每一件的支出将可以节省13亿美元。  该项目预计将在2017已完成概念证明。


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