3D 列印矯正器：最佳支撐指南

矯正器是用於治療或支撐肌肉或骨骼畸形的外部醫療設備。除了提供舒適和支撐之外，它們還可以幫助活動或恢復，幫助緩解疼痛，並防止更永久性的問題。

常見矯正器的一些例子包括：

護膝可減少身體活動時膝蓋上的壓力和力量。
踝足矯正器可穩定足部並改善步態。
手腕和手矯正器可支撐這些區域內的關節和肢體的使用。

如今，矯正器產業的市場規模約為65億美元，預計年增率為4.2%。透過客製化解決方案改善患者護理的需求推動了該醫療保健行業的成長。然而，傳統的挑戰包括由於標準解決方案的不合適性而引起的患者不適和健康相關問題。客製化緩解了這些擔憂，實現為患者量身定制的解決方案，但若使用傳統方法進行客製化生產會帶來額外的成本和漫長的交貨時間。

許多醫療保健專業人員現在正在將 3D 列印應用於矯正器，生產客製化的矯正解決方案。透過遵循經過測試的工作流程，3D 列印可以節省時間和資源，從而可以在創紀錄的時間內生產出患者專用的矯正器。請繼續閱讀，了解 3D 列印客製化矯正器如何改善患者體驗和生產效率。

3D 列印如何革命性改變矯正器

傳統的矯正器製造流程已陷入「如果沒有損壞，就不用修理」的流程類別。傳統工作流程的特點是勞動力和時間要求高，可以生產患者期望的矯正器，但成本增加，顯示還有很大的改進空間。

客製化矯正器的數位工作流程包括新的設計、測試和製造選項，以降低定製成本並加快生產週期，從而縮短交貨時間、提供更適合的設備並改善患者的治療效果。 3D 列印以其快速生產和相對實惠的流程而聞名，為矯正器行業的利益相關者提供了強大的解決方案，可以快速且低成本地提供可自訂的矯正器。

傳統矯正器與 3D 列印矯正器

矯形裝置的製造方式非常多樣，具體取決於最終用途部件。傳統的製造工藝，包括石膏鑄造、模壓泡綿鑄造、傳統機械加工、熱成型和蠟鑄，可用於製造矯形器。

不管使用哪一種方法，基本工作流程可以總結如下：

透過印模或模型、技術繪圖和測量來建立患者地圖。這最多可能需要一小時才能完成。
根據地形圖建立發展模型。根據所使用的流程，這可能需要一到兩個小時。
該模型經過訂造和雕刻，以確保其適合患者。在對模型進行調整時，此過程可能涉及多次預約。這些預約可能需要數小時，視治療計劃而定，可能需要多週的時間。
最後，矯正器經過後處理和精加工以準備使用。

在此手動過程中，潛在的錯誤可能會在工作流程的每個階段複合。鑄件錯誤、不準確的測量和設計錯誤可能會延長本已漫長的流程，導致體力勞動過多、生產時間延長以及額外的患者預約。此外，這種手動工作流程需要在充滿灰塵和化學煙霧的環境中進行專門的勞動。總而言之，完成一次客製化可能需要三到六週的時間。

3D 列印矯正器的優勢

3D 列印矯正器的精細定制和個性化可提高生物力學精度和患者舒適度。這些設計直接根據患者的需求量身定制，可提供最佳的治療和舒適度。

「矯形器應該是為人設計的，並且應該只治療症狀，而不是把它們裝在盒子裡的標準化解決方案。」－Matej Vlašič，aNIMake

3D 列印矯正器的效率和經濟性使更多患者可以獲得客製化解決方案，這對矯正器生產商來說是有利的。在學習新的工作流程後，事實證明，採用矯正器 3D 列印可以提高生產力，同時降低成本。

節省時間：數位工作流程為矯形師和患者節省了時間。簡單、高效的工作流程使矯形師和工作人員能夠花更少的時間創建模型和後處理，而將更多時間花在更高價值的任務上。對於患者來說，驗配所需的預約次數較少，預約期間收集印模和測量結果所需的時間也較少。

節省成本：透過 3D 列印數位化和簡化工作流程，降低生產、勞動力、材料、儲存和運輸成本。在傳統的工作流程中，需要額外的材料來獲取印模和模具製作，更不用說存放所有這些材料了。 3D 列印消除了對這些的需求。此外，3D 列印矯正器的後處理可以節省勞力，提高效率。

簡化的工作流程：數位工作流程的勞動強度較低，步驟也較少，消除了整個手動流程序列，包括病患多次就診進行驗配。另外，大量列印意味著一次可以列印多個矯正器，具體取決於要列印的尺寸和器具。

▲SLS 3D 列印可讓您在一次建置中列印多個零件，從而提高效率並降低成本。

改善物流：數位化簡化了物流管理。 3D 掃描可以在任何地方進行，然後遠端發送以進行數位建模和設計。設計完成後，數位檔案可以直接發送到列印機——現場或離線。

永續性：透過數位工作流程，由於消除了實體模型或複製品的創建，生產最終產品所需的原材料大大減少。

選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印用於生產多種類型的矯正器，可將粉末回收到下一個成型中，從而減少甚至消除浪費。與必須處理模型和塑膠的傳統生產方法不同，3D 列印可以最大程度地減少浪費並減少刺激性化學品的使用。

3D列印矯正器的應用

矯正器可用於治療各種問題。患者身體結構的大小和形狀的差異，加上矯正器的要求，意味著標準矯正器可能不舒服且不合身，這會影響耐磨性和有效性，甚至引起繼發性問題。由於大量生產尺寸統一，標準矯正器傳統上比客製化解決方案便宜。然而，這是以患者舒適度和效率為代價的。因此，客製化矯正器對於許多關鍵應用是必要的，包括以下應用。

▲使用 Fuse 1+ 30W SLS 列印機列印的腕部矯正器、手部矯正器和矯正鞋墊的範例。

鞋墊：矯正鞋墊或足部矯正器置入鞋子中以提供支撐。它們可以糾正足部相關問題並減輕疼痛。對於因拇囊炎、關節炎、高足弓或足底筋膜炎而感到疼痛或不適的患者，可以使用矯正鞋墊。

手腕和手部矯正器：用於手腕和手部的矯正器固定關節，以治療某些問題，包括骨折、關節炎、韌帶損傷、皮膚移植、畸形、肌腱炎和扭傷。矯正器可以僅限於拇指或手指、手或跨越整個下臂，具體取決於治療計劃。


▲用於固定拇指的手部矯正器。	▲使用 Fuse 1+ 30W SLS 列印機列印的手腕矯正器。

踝足矯正器：為了幫助下肢運動控制的患者活動，可以使用踝足矯正器（AFO）來矯正對齊或提供支撐。這些病症可能由多種神經和肌肉骨骼疾病引起，包括中風、腦性麻痺和多發性硬化症，並影響所有年齡層的人。

顱骨重塑頭盔：這些矯正器是類似頭盔的裝置，適用於 18 個月以下患有斜頭畸形或頭部畸形（通常是由於仰臥時間過長造成）的嬰兒，用於矯正和保護頭部。使用Fuse 1+ 30W選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印機列印的尼龍 11 粉末可用於剛性外部組件。在內部，TPU 90A 粉末可用作緩衝層。

▲以 TPU 90A 粉末列印的顱骨重塑頭盔。

鼻子防護面罩：在鼻子或其他臉部結構骨折後，通常會使用保護鼻子或臉部的面罩。尼龍11粉末的SLS 3D列印可用於列印護鼻面罩。出於美觀原因通常需要透明掩模，可以透過雷射光固化 (SLA) 3D 列印來列印。如果使用 SLA 進行列印，生醫柔性樹脂是 Form 3+/3L SLA 3D 列印機的透明、抗衝擊選項。

▲鼻罩特寫，以尼龍 11 粉末印刷，並經過蒸氣平滑後處理。

使用 3D 列印製作客製化矯正器的數位工作流程

使用 3D 列印製作客製化矯正器需要 3D 掃描器、CAD 軟體和具有相容材料的 3D 列印機。根據矯正器的類型、生產量、預期用途、工作流程、空間和初始投資，每種都有多種選擇。然而，利用 3D 列印來創建客製化矯正器現在比以往任何時候都更容易實現。

1. 掃描

創建 3D 列印矯正器的第一步是捕捉或掃描患者特定身體結構的圖像。然後，該結構數據被轉換為數位 3D 模型，可用於設計矯正器。

與傳統的印模和模型形成過程相比，3D 掃描具有高精度、更高的採集速度、減少的體力勞動以及選擇採集位置時的靈活性。有許多數位掃描器製造商提供用於創建 3D 列印矯正器的解決方案。用於骨科應用的 3D 掃描儀具有多種價格和技術，包括 LiDAR、承載 CT 掃描、紅外線和雷射。


▲與傳統方法相比，3D 掃描可以捕捉到更準確、更完整的足部印象。	▲掃描可以輕鬆地以數位方式發送資料以進行設計和列印。

2. 數位建模

掃描擷取所需資料後，需要使用 CAD 或 CAM 軟體開發準確的模型。根據具體應用，可以使用多種軟體模型進行設計，並且可以從多個提供者獲得。其中一些程序注重準確性、易用性和定制性，可以在幾分鐘內完成矯正器的設計。

在大多數情況下，必須透過網格修復來修改所獲取的數據，以便為定製過程的下一階段開發可 3D 列印的模型。設計完成後，將儲存為 .STL、.OBJ 或 .3MF 文件，並匯入列印準備軟體（如PreForm）。

為了優化工作流程，可以根據設備的尺寸和方向在一次列印中列印多個矯形設備。

3. 3D列印矯正器

骨科和醫療保健服務提供者可以利用多種 3D 列印技術來生產成品。最終用途部件的應用、其尺寸、產量和設計複雜性是選擇列印技術時需要考慮的一些重要標準。

對於 3D 列印客製化矯正器，SLS 3D 列印是一種高品質、經濟高效的解決方案。 SLS 列印機能夠在一次列印批次中列印多個設備，並具有多種生物相容性材料，包括柔性和剛性選項。借助 SLS，可以生產高精度的耐用矯正器和複雜的幾何形狀。與其他類型的 3D 列印不同，SLS 不需要支撐結構，並且簡化了從設定到成品零件的端到端工作流程。

多射流熔融 (MJF) 3D 列印是類似 SLS 的替代方案。雖然它生產高品質的零件，但它的前期投資成本比 SLS 高得多，這意味著只有最大的矯正器實驗室和製造商才能使用它。

對於某些應用，包括顱骨成型頭盔的內部或需要透明鼻部保護面罩時，通常會使用 SLA 3D 列印。最後，熔融沈積成型 (FDM)是一種低成本 3D 列印技術，可用於原型製作，但缺乏最終使用矯正器所需的耐用性。

3D 列印矯正器的材質選擇

在選擇 SLS 列印的 3D 矯正器材質時，應根據應用和患者需求考慮特定屬性，包括耐用性、柔韌性、彈性和剛性。 Formlabs 材料庫中的兩種材料TPU 90A 粉末和Nylon 11 粉末非常適合生產矯正器。

▲使用 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機列印的手腕矯正器。

TPU 90A 粉末是一種柔性彈性體，將橡膠材料的高撕裂強度和斷裂伸長率與 SLS 3D 列印的設計自由度和耐用性相結合。 TPU，即熱塑性聚氨酯，是一種常用的彈性體熱塑性塑膠。在矯正器中，這種對皮膚安全的材料通常用於以下用途：

醫療設備原型和最終用途醫療設備和組件
矯形墊和插座
穿戴式裝置
顱骨重塑頭盔

尼龍 11 粉末是列印剛性矯正器的理想材料，具有高延展性和長期穩定性，包括鞋墊殼。此外，以尼龍 11 粉末列印的零件對環境穩定，吸收的水分極少，並且具有耐光、耐熱和耐化學性的特性。經認證的生物相容性矯正器採用尼龍 11列印，可與皮膚接觸，使其成為鼻防護面罩的理想選擇。這種耐用、對皮膚安全的材料通常用於以下矯正器和醫療設備：

運動鞋墊和矯正鞋墊
踝足矯正器
鼻部防護口罩
夾板
醫療設備原型和最終用途醫療設備和組件

為了證明尼龍 11 粉末的彈性，將其列印的 Formlabs 鞋墊與傳統製造的聚丙烯鞋墊進行了比較。 Formlabs 鞋墊表現出出色的耐用性和耐重度使用性，同時保持一致的硬度。在動態 3 點彎曲測試中，使用 Nylon 11 粉末的 Formlabs 鞋墊在 365 天內每天行走 10,959 步，這遠遠超過了普通成年人的步數。

4. 精加工及後處理

3D 列印矯正器需要進行後處理，而且它們通常也與現成的組件（例如蓋子和墊子）組裝在一起。後處理工作流程會根據列印類型和所需的表面效果而有所不同。根據最終矯正器的要求，還可以添加帶子、襯墊和織物。

▲從 Form 3BL SLA 3D 列印機列印的矯正器上移除支撐。

列印 SLA 的矯正器在移除列印支撐件之前先用異丙醇清洗。然後根據列印的樹脂將列印件設定固化的時間。

對於 SLS 3D 列印和 Fuse 1+ 30W，Fuse Sift 提供了一種一體化粉末管理系統，可以排出和篩選粉末。從 Fuse Sift 中出來的成品零件具有稍微粗糙的表面光潔度，非常適合粘合添加劑和塗料解決方案，可以添加這些添加劑來創建最終產品。

對於全自動清潔和拋光解決方案，Fuse Blast 允許自動或手動清潔，自動清潔可在短短 10 分鐘內提供摸起來乾淨的零件。自動化功能完全無需人工干預，並包含系統預編例程，使生產變得更加容易。附加的拋光功能還可以使零件達到光滑的表面。

▲經過蒸氣平滑處理的尼龍 11 粉末列印矯正器。

對於需要光滑表面光潔度的矯正器，蒸氣平滑是 SLS 3D 列印零件的常見後處理步驟，可提高孔隙率並降低粗糙度。蒸汽平滑也大大減少了佩戴矯形裝置的患者可能感受到的表面摩擦。此化學過程涉及將 SLS 3D 列印零件的表面暴露於溶劑蒸氣中。透過蒸氣平滑，SLS 零件可以實現與注塑零件相當的表面品質和耐用性，更不用說減少細菌生長和吸濕性。更多測試數據，請參考白皮書。

3D 列印矯正器入門

3D 列印徹底改變了矯正器設計，可以透過簡化的工作流程生產患者專用的矯正器，節省時間和資源。對於患者來說，這意味著更少的預約、更快的周轉時間以及精確的客製化以提高舒適度——所有這些都比生產客製化矯正器的傳統方法更低的成本。對於矯形師和製造商來說，3D 工作流程可以節省時間和資源，同時打造更舒適的工作環境。

SLS 3D 列印已被證明是一種可靠且高效的矯形器製造方法，Formlabs Fuse 1+ 30W SLS 列印機將工業粉末與經濟實惠且易於使用的工作流程相結合。作為一款精簡型 SLS 印表機，Fuse 1+ 30W 的佔地面積可輕鬆融入現有的生產空間。此外，Fuse 1+ 30W 材料庫不斷擴增，包括尼龍 11 粉末（一種堅固、柔韌的材料，與目前最終用途矯正器的材料特性非常相似）和 TPU 90A 粉末（一種彈性、對皮膚安全的材料）。