CN107029410B - 一种全成型3d打印定制半刚性踝护具及其制备方法 - Google Patents

一种全成型3d打印定制半刚性踝护具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种全成型3D打印定制半刚性踝护具及其制备方法。所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，包括底部区域，底部区域的两端各连接一侧区域，所述的侧区域包括全成型3D打印半刚性基层，两个侧区域的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧。该全成型3D打印定制半刚性踝护具，可有效防止踝关节内翻，可根据个体差异进行快速一体化加工，尺寸精准、贴服舒适，且满足个性化需求。

Description

一种全成型3D打印定制半刚性踝护具及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种全成型3D打印定制半刚性踝护具及其制备方法，属于运动防护器具领域。
背景技术
高空着陆很容易对人体关节、韧带和肌肉造成损伤。在所有损伤中，踝关节扭伤最为常见。而在踝关节扭伤病例中，以踝关节内翻扭伤占主要比例。例如，空降兵、跳高运动员、高空跳伞爱好者、滑翔机教练、杂技演员等，在高空着陆过程中发生踝关节内翻损伤最为多见。即使在日常生活中，踝关节内翻扭伤也是临床外科常见病例。因此，对踝关节扭伤的防护显得异常重要和迫切。据调查，佩戴踝护具对踝扭伤具有明显的防护作用，可显著减少踝扭伤发生几率。研究结果表明，与柔性踝护具相比，非对称半刚性踝护具的防护效果更好。
然而，目前市场上最常见的踝护具包括，防护型对称结构的柔性护具、康复型对称结构及非对称结构的刚性护具，还有少数非对称结构的、简单复合的防护型护具。这些踝护具尺码单一(均码)或只有极少的尺码可供选择。一方面，这不能满足大众个性化防护需求，因为几乎每个人的踝关节解剖都有其个性化的特征。另一方面，尺寸不合适的踝护具也达不到有效防护之目的。经过调查，以上踝护具最常采用的制造方式是针织、注塑及纺织材料与注塑材料的简单复合。由此可见，专门针对踝关节内翻的防护型非对称半刚性踝护具目前并不多见，针对这种踝护具的个性化、快速制备工艺，也未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防护踝关节内翻的全成型3D打印定制半刚性踝护具及其制备方法，该踝护具依据使用者踝关节个体解剖结构进行定制化设计及一体化成型，符合踝关节非对称解剖结构，属于防护性踝护具，为半刚性非对称结构，可有效防止运动中高空着陆时的踝关节内翻。
为了达到上述目的，本发明提供了一种全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，包括底部区域，底部区域的两端各连接一侧区域，所述的侧区域包括全成型3D打印半刚性基层，两个侧区域的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧。
优选地，所述的全成型3D打印半刚性基层是基于个体踝关节形态，通过3D扫描及打印技术一体化加工而成，由芯层镍钛合金编织金属网与外层高性能弹性树脂组成。
进一步地，所述的3D扫描技术为Win3D脚型扫描技术、3D Camega光学三维扫描技术、Kinect技术或Smap3DScanToCAD技术。
进一步地，所述的3D打印技术为立体光固化成型技术、三维打印材料喷射技术、三维打印粘结剂喷射技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结/熔化技术或叠层织造技术。
进一步地，所述的高性能弹性树脂为高性能弹性树脂Elasto、橡胶材料或聚氨酯材料。
优选地，所述的全成型3D打印半刚性基层的外侧包覆有弹性纺织材料。
更优选地，所述侧区域的弹性纺织材料长度L2为8-40cm，最大宽度W2为5-10cm，厚度为1-3mm，附有2-4对自粘扣，用于粘合及固定两个侧区域的内侧及外侧。
优选地，所述底部区域由弹性纺织材料组成。
更优选地，所述底部区域的弹性纺织材料长度L0为6-16cm，最大宽度W0为5-10cm，厚度为1-3mm。
优选地，所述侧区域的全成型3D打印半刚性基层的长度L1为8-40cm，最大宽度W1为5-10cm，厚度为3-10mm。
更优选地，所述的弹性纺织材料为针织、机织或编织的氨纶材料。
本发明还提供了上述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：3D扫描使用者踝关节外形结构，建立非对称结构踝护具数字模型；
第二步：基于踝护具数字模型，制备可分别包裹踝关节内侧和外侧的两片镍钛合金编织金属网，通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂分别在两片镍钛合金编织金属网的正面打印出踝关节内侧和外侧形态，形成侧区域的内表面；
第三步：通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂在镍钛合金编织金属网的反面打印出侧区域的外表面，完成全成型3D打印半刚性基层制备；
第四步：基于踝护具数字模型，将立体剪裁的带有自粘扣的弹性纺织材料套在全成型3D打印半刚性基层外，并进行无缝锁边，形成两个侧区域，将两个侧区域分别与底部区域的两端连接，得到全成型3D打印定制半刚性踝护具。
优选地，所述的镍钛合金编织金属网通过编织工艺进行制备，其结构为规则编织结构、菱形编织结构或赫格利斯编织结构。
本发明针对用于防护踝关节内翻产品稀少、个性化快速制备工艺缺如之关键问题，提出一种全成型3D打印定制半刚性踝护具及其制备方法。基于使用者踝关节个体解剖结构，通过3D打印技术一体化加工成型，快速定制化的工艺，可以提供尺寸精准、贴服舒适、满足个性化需求的产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明涉及一种全成型3D打印定制半刚性踝护具，可根据个体踝关节解剖结构进行个性化定制，半刚性材料的运用和非对称结构的设计，可以针对性很强地防止运动中高空着陆时踝关节的内翻扭伤。
(2)本发明涉及一种全成型3D打印定制半刚性踝护具，一体化加工、快速成型、尺寸精准、贴服舒适，且满足个性化需求。
(3)本发明涉及一种全成型3D打印定制半刚性踝护具及制备方法，使用者可通过网络在临床医学中心进行个性化、精准化、远程化加工，从而进行资源优化配置，控制成本。
(4)该全成型3D打印定制半刚性踝护具，可有效防止踝关节内翻，可根据个体差异进行快速一体化加工，尺寸精准、贴服舒适，且满足个性化需求。
附图说明
图1a是全成型3D打印定制半刚性踝护具穿戴及材料结构示意图。
图1b为图1a中A处截面放大图；
图2是全成型3D打印定制半刚性踝护具整体平面结构剖面图。
图3为全成型3D打印定制半刚性踝护具平面结构俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
为女性业余高空跳伞爱好者全成型3D打印定制半刚性踝护具，以防止其在跳伞着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。
如图2所示，所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，包括底部区域1，所述底部区域1由弹性纺织材料23组成。底部区域1的两端各连接一侧区域2，所述的侧区域2由全成型3D打印半刚性基层以及包覆在全成型3D打印半刚性基层的外侧的弹性纺织材料23组成，两个侧区域2的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧。两个侧区域2是不对称的。
所述的全成型3D打印半刚性基层是基于个体踝关节形态，通过3D扫描及打印技术一体化加工而成，由芯层镍钛合金编织金属网21与外层高性能弹性树脂22组成。所述的3D扫描技术为常规的Win3D脚型扫描技术，所述的3D打印技术为常规的立体光固化成型技术。所述的高性能弹性树脂22为高性能弹性树脂Elasto(美国Shapeways公司，型号：ELASTO)。
如图3所示，所述底部区域1的弹性纺织材料23为针织氨纶材料，其长度L0为6em，最大宽度W0为6cm，厚度为1mm。
所述侧区域2的全成型3D打印半刚性基层的长度L1为8cm，最大宽度W1为5cm，厚度为3mm。
所述侧区域2的弹性纺织材料23为针织氨纶材料，其长度L2为8cm，最大宽度W2为5cm，厚度为1mm，附有2对自粘扣3，用于粘合及固定两个侧区域2的内侧及外侧。
所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法为：
第一步：3D扫描使用者踝关节外形结构，建立非对称结构踝护具数字模型；
第二步：基于踝护具数字模型，选择规则编织结构通过常规编织工艺制备可分别包裹踝关节内侧和外侧的两片镍钛合金编织金属网21，通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22分别在两片镍钛合金编织金属网21的正面打印出踝关节内侧和外侧形态，形成侧区域2的内表面；
第三步：通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22在镍钛合金编织金属网21的反面打印出侧区域2的外表面，完成全成型3D打印半刚性基层制备：
第四步：基于踝护具数字模型，将立体剪裁的带有自粘扣3的弹性纺织材料23套在全成型3D打印半刚性基层外，并进行无缝锁边，形成两个侧区域2，将两个侧区域2分别与底部区域1的两端缝合连接，得到全成型3D打印定制半刚性踝护具。
使用时，如图1a和1b所示，将底部区域1踩在脚底，侧区域2置于踝关节内、外侧，并通过自粘扣3将两个侧区域2连接。
所获得的全成型3D打印定制半刚性踝护具精确匹配该女性业余高空跳伞爱好者的踝关节解剖结构，非对称结构可有效防护其在着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。
实施例2
为女跳高运动员全成型3D打印定制半刚性踝护具，以防止其在跳高着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。
如图2所示，所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，包括底部区域1，所述底部区域1由弹性纺织材料23组成。底部区域1的两端各连接一侧区域2，所述的侧区域2由全成型3D打印半刚性基层以及包覆在全成型3D打印半刚性基层的外侧的弹性纺织材料23组成，两个侧区域2的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧。两个侧区域2是不对称的。
所述的全成型3D打印半刚性基层是基于个体踝关节形态，通过3D扫描及打印技术一体化加工而成，由芯层镍钛合金编织金属网21与外层高性能弹性树脂22组成。所述的3D扫描技术为常规的Kinect技术，所述的3D打印技术为常规的熔融沉积成型技术。所述的高性能弹性树脂22为橡胶材料，易购安(北京)科技有限公司，型号：A93-6-1018-01。
如图3所示，所述底部区域1的弹性纺织材料23为编织氨纶材料，其长度L0为8cm，最大宽度W0为7cm，厚度为1.5mm。
所述侧区域2的全成型3D打印半刚性基层的长度L1为10cm，最大宽度W1为7cm，厚度为5mm。
所述侧区域2的弹性纺织材料23为针织氨纶材料，其长度L2为10cm，最大宽度W2为7cm，厚度为1.5mm，附有4对自粘扣3，用于粘合及固定两个侧区域2的内侧及外侧。
所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法为：
第一步：3D扫描使用者踝关节外形结构，建立非对称结构踝护具数字模型；
第二步：基于踝护具数字模型，选择菱形编织结构通过常规编织工艺制备可分别包裹踝关节内侧和外侧的两片镍钛合金编织金属网21，通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22分别在两片镍钛合金编织金属网21的正面打印出踝关节内侧和外侧形态，形成侧区域2的内表面；
第三步：通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22在镍钛合金编织金属网21的反面打印出侧区域2的外表面，完成全成型3D打印半刚性基层制备；
第四步：基于踝护具数字模型，将立体剪裁的带有自粘扣3的弹性纺织材料23套在全成型3D打印半刚性基层外，并进行无缝锁边，形成两个侧区域2，将两个侧区域2分别与底部区域1的两端缝合连接，得到全成型3D打印定制半刚性踝护具。
使用时，如图1a和1b所示，将底部区域1踩在脚底，侧区域2置于踝关节内、外侧，并通过自粘扣3将两个侧区域2连接。
所获得的全成型3D打印定制半刚性踝护具精确匹配该女性女跳高运动员的踝关节解剖结构，非对称结构可有效防护其在着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。
实施例3
为男性伞兵全成型3D打印定制半刚性踝护具，以防止其在高空着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。
如图2所示，所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，包括底部区域1，所述底部区域1由弹性纺织材料23组成。底部区域1的两端各连接一侧区域2，所述的侧区域2由全成型3D打印半刚性基层以及包覆在全成型3D打印半刚性基层的外侧的弹性纺织材料23组成，两个侧区域2的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧。两个侧区域2是不对称的。
所述的全成型3D打印半刚性基层是基于个体踝关节形态，通过3D扫描及打印技术一体化加工而成，由芯层镍钛合金编织金属网21与外层高性能弹性树脂22组成。所述的3D扫描技术为常规的3D Camega光学三维扫描技术，所述的3D打印技术为常规的选择性激光烧结/熔化技术。所述的高性能弹性树脂22为聚氨酯材料，深圳市荣业塑胶有限公司，型号：015。
如图3所示，所述底部区域1的弹性纺织材料23为机织氨纶材料，其长度L0为12cm，最大宽度W0为8cm，厚度为2mm。
所述侧区域2的全成型3D打印半刚性基层的长度L1为15cm，最大宽度W1为9cm，厚度为7mm。
所述侧区域2的弹性纺织材料23为针织氨纶材料，其长度L2为15cm，最大宽度W2为9cm，厚度为2mm，附有3对自粘扣3，用于粘合及固定两个侧区域2的内侧及外侧。
所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法为：
第一步：3D扫描使用者踝关节外形结构，建立非对称结构踝护具数字模型；
第二步：基于踝护具数字模型，选择赫格利斯编织结构通过常规编织工艺制备可分别包裹踝关节内侧和外侧的两片镍钛合金编织金属网21，通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22分别在两片镍钛合金编织金属网21的正面打印出踝关节内侧和外侧形态，形成侧区域2的内表面；
第三步：通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂22在镍钛合金编织金属网21的反面打印出侧区域2的外表面，完成全成型3D打印半刚性基层制备；
第四步：基于踝护具数字模型，将立体剪裁的带有自粘扣3的弹性纺织材料23套在全成型3D打印半刚性基层外，并进行无缝锁边，形成两个侧区域2，将两个侧区域2分别与底部区域1的两端缝合连接，得到全成型3D打印定制半刚性踝护具。
使用时，如图1a和1b所示，将底部区域1踩在脚底，侧区域2置于踝关节内、外侧，并通过自粘扣3将两个侧区域2连接。
所获得的全成型3D打印定制半刚性踝护具精确匹配该男性伞兵的踝关节解剖结构，非对称结构可有效防护其在着陆瞬间发生的踝关节内翻损伤。

Claims (9)

1.一种全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，包括底部区域(1)，底部区域(1)的两端各连接一侧区域(2)，所述的侧区域(2)包括全成型3D打印半刚性基层，两个侧区域(2)的内表面分别贴合使用者踝关节的内侧和外侧；所述的全成型3D打印半刚性基层是基于个体踝关节形态，通过3D扫描及打印技术一体化加工而成，由芯层镍钛合金编织金属网(21)与外层高性能弹性树脂(22)组成。
2.如权利要求1所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述的3D扫描技术为Win3D脚型扫描技术、3D Camega光学三维扫描技术、Kinect技术或Smap3DScanToCAD技术。
3.如权利要求1所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述的3D打印技术为立体光固化成型技术、三维打印材料喷射技术、三维打印粘结剂喷射技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结/熔化技术或叠层织造技术。
4.如权利要求1所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述的高性能弹性树脂(22)为高性能弹性树脂Elasto、橡胶材料或聚氨酯材料。
5.如权利要求1所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述的全成型3D打印半刚性基层的外侧包覆有弹性纺织材料(23)，所述底部区域(1)由弹性纺织材料(23)组成。
6.如权利要求5所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述侧区域(2)的弹性纺织材料(23)长度L2为8-40cm，最大宽度W2为5-10cm，厚度为1-3mm，附有2-4对自粘扣(3)，用于粘合及固定两个侧区域(2)的内侧及外侧；所述底部区域(1)的弹性纺织材料(23)长度L0为6-16cm，最大宽度W0为5-10cm，厚度为1-3mm；所述侧区域(2)的全成型3D打印半刚性基层的长度L1为8-40cm，最大宽度W1为5-10cm，厚度为3-10mm。
7.如权利要求5所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具，其特征在于，所述的弹性纺织材料(23)为针织、机织或编织的氨纶材料。
8.权利要求1-7中任一项所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法，其特征在于，包括：
第一步：3D扫描使用者踝关节外形结构，建立非对称结构踝护具数字模型；
第二步：基于踝护具数字模型，制备可分别包裹踝关节内侧和外侧的两片镍钛合金编织金属网(21)，通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂(22)分别在两片镍钛合金编织金属网(21)的正面打印出踝关节内侧和外侧形态，形成侧区域(2)的内表面；
第三步：通过全成型3D打印技术，将高性能弹性树脂(22)在镍钛合金编织金属网(21)的反面打印出侧区域(2)的外表面，完成全成型3D打印半刚性基层制备；
第四步：基于踝护具数字模型，将立体剪裁的带有自粘扣(3)的弹性纺织材料(23)套在全成型3D打印半刚性基层外，并进行无缝锁边，形成两个侧区域(2)，将两个侧区域(2)分别与底部区域(1)的两端连接，得到全成型3D打印定制半刚性踝护具。
9.如权利要求8所述的全成型3D打印定制半刚性踝护具的制备方法，其特征在于，所述的镍钛合金编织金属网通过编织工艺进行制备，其结构为规则编织结构、菱形编织结构或赫格利斯编织结构。
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