CN110074904A - 一种3d打印下肢义肢接受腔内衬套及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套，3D打印下肢义肢接受腔内衬套，包括套底和套身，所述套底和套身均采用弹性体材料制成，所述套底和套身连接，所述套身包括与髌韧带对应的髌韧区、与腘窝对应的腘窝区或与大腿根部内侧对应的大腿根部区中，所述套底、髌韧区、腘窝区或套底、大腿根部区中的任意1个或任意组合增加厚度。同时，本发明还提供一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法。本发明的接受腔内衬套能够贴合患者的残肢，增强舒适感；同时有利于增加患者行走时的缓冲效果、穿着舒适度及义肢的悬吊效果。

Description

一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套及其制作方法
技术领域
本发明涉及残疾人辅助器械技术领域，具体涉及一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套及其制作方法。
背景技术
下肢义肢接受腔是下肢义肢最重要的组成部分之一，接受腔由外部硬壳和内部具有一定柔性的内衬套组成，接受腔内衬套在其中起到重要的作用，它直接与残肢接触，并与外部硬壳一起支撑人体重量，将相关的力有效地传递到义肢的远端。
义肢接受腔内衬套的制作合适与否，直接影响义肢穿着的舒适度和义肢整体功能的发挥，是义肢中非常关键的部件。
传统的下肢义肢接受腔内衬套，各种制作技术有其优点，但也有难以避免的缺陷：传统的硅胶内衬套和凝胶内衬套，依靠负压作用，将内衬套吸附在残肢上，起到悬吊作用，硅胶内衬套和凝胶内衬套对于矫形师的技术要求相对较低，硅胶和凝胶对人体皮肤的亲和性比较好，但硅胶内衬套和凝胶内衬套不透气，并且因为负压的作用会长期压迫残肢神经，容易引起残肢的皮肤问题，加速残肢的萎缩；而传统义肢海绵制作的内衬套，材料成本较低，但需要矫形师手工拼接，一个内衬套有多处拼接痕，接缝处穿着时舒适度差，并且传统义肢海绵抗压缩变形的能力较差，回弹性差，使用一段时间后会被压扁失去弹性，造成残肢与内衬套空隙增大，进一步加大穿着的不适感。
以上的传统义肢内衬套，当残肢萎缩后，不单需要更换内衬套，连接受腔硬壳部分也需要一起更换，对于义肢使用者来说成本高。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套。此3D打印下肢义肢接受腔内衬套可个性化定制，适配个体，且可一体化3D打印成型；同时并通过局部位置的结构改进，增强穿着舒适感和悬吊效果。
同时，本发明还提供了一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本3D打印下肢义肢接受腔内衬套，包括套底和套身，所述套底和套身均采用弹性体材料制成，所述套底和套身连接。
当下肢义肢为小腿义肢时，所述套身包括与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区，所述套底、髌韧区和腘窝区中的任意1个或任意2个组合或3个组合增加厚度；
当下肢义肢为大腿义肢时，所述套身包括与大腿根部内侧对应的大腿根部区，所述套底和大腿根部区中的任意1个或2个增加厚度。
优选的，所述增加厚度的大小为1mm～10mm。
优选的，所述髌韧区的内侧面的截面、腘窝区的内侧面的截面、大腿根部区的内侧面的截面均呈圆弧状。
优选的，所述套底和套身内均具有填充结构，此填充结构为线性填充结构或蜂窝填充结构或圆形填充结构或椭圆形填充结构。
优选的，所述弹性体材料为热塑性弹性体和硅胶材料中的任意一种或组合。
一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法,包括以下步骤：
(1)利用三维扫描设备获取患者的下肢残肢轮廓三维模型或者经修型后的残肢石膏模的轮廓三维模型；
(2)利用步骤(1)中获取的轮廓三维模型建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型；
(3)在接受腔内衬套的三维模型或3D打印加，软件中设定接受腔内衬套的三维模型的内壁厚度、外壁厚度以及填充结构；
(4)选择弹性体材料进行3D打印加工成型。
优选的，步骤(2)建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型包括以下步骤：
(2-1)设定接受腔内衬套的三维模型的厚度；
(2-2)保持接受腔内衬套三维模型内腔形状不变，增加接受腔内衬套的三维模型局部位置的厚度：
当下肢义肢为小腿义肢时，此局部位置包括套底、与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区中的任意1个或任意2个组合或3个；
当下肢义肢为大腿义肢时，此局部位置包括套底、与大腿根部内侧对应的大腿根部区中的任意1个或2个
优选的，所述填充结构为线性填充结构或蜂窝填充结构或圆形填充结构或椭圆形填充结构。
优选的，所述接受腔内衬套的套身设有透气孔。
优选的，所述弹性体材料为热塑性弹性体和硅胶材料中的任意一种或组合。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
1、本发明的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其能够贴合患者的残肢，增强舒适感。
2、本发明的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，采用弹性体材料，并且在接受腔内衬套的套底、髌韧区、腘窝区和大腿根部区均增厚，有利于增加患者行走时的缓冲效果、穿着舒适度及义肢的悬吊效果。
3、本发明的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，采用非实心填充的结构，通过调整内部填充结构的形状和填充密度比例，可调节软硬度及回弹性能，内部非实体填充可减重，从而进一步提高舒适性。
4、本发明的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，在周向方向上设有透气孔，进一步增强穿着的舒适感。
5、本发明的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，当患者残肢出现萎缩时，只需要重新构建内衬套内表面，填补残肢萎缩部分或重新打印内衬套进行更换即可，故不需要将整个下肢义肢进行更换，省时省成本。
附图说明
图1是本发明实施例1的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的第一视角结构示意图。
图2是本发明实施例1的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的第二视角结构示意图。
图3是本发明实施例1的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的剖面示意图。
图4是本发明实施例1的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的髌韧区的局部放大示意图。此图中虚线表示装配时接受腔外壳挤压接受腔内衬套的位置。
图5是本发明实施例1的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的腘窝区的局部放大示意图。此图中虚线表示装配时接受腔外壳挤压接受腔内衬套的位置。
图6是本发明实施例1的线性填充结构的第N层示意图。
图7是本发明实施例1的线性填充结构的第N+1层示意图。
图8是本发明实施例2的蜂窝填充结构的示意图。
图9是本发明实施例3的圆形填充结构的示意图。
图10是本发明实施例9的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的第一视角结构示意图。
图11是本发明实施例9的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的第二视角结构示意图。
图12是本发明实施例9的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的剖面示意图。
其中，1为套底，2为套身，3为髌韧区，4为腘窝区，5为填充结构，6为内壁，7为外壁，8为透气孔，9为大腿根部区，a为三维模型的厚度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至图3所示的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，包括套底和套身，所述套底和套身均采用弹性体材料制成，所述套底和套身连接，所述套身包括与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区，所述套底、髌韧区和腘窝区均增加厚度。所述增加厚度的大小为1mm～10mm。本实施例中所增加的厚度优选为4mm。这厚度的增加有利于增加患者行走时的缓冲效果、穿着舒适度及义肢的悬吊效果。为保证接受腔内衬套的连接紧密性，套底和套身为一体式结构，即套底和套身的连接通过3D打印一体化而成。
所述髌韧区的内侧面的截面和腘窝区的内侧面的截面均呈圆弧状。此可提高悬吊性能，避免整个义肢发生脱落。
所述套底和套身内均具有填充结构，此填充结构为线性填充结构或蜂窝填充结构或圆形填充结构或椭圆形填充结构。采用非实心填充的结构，通过调整内部填充结构的形状和填充密度比例，可调节软硬度及回弹性能，内部非实体填充可减重，从而进一步提高舒适性。
具体的，套底和套身均具有内壁和外壁，填充结构在内壁和外壁之间。为保证强度，内壁的厚度为0.5mm～1.5mm，外壁的厚度为0.5mm～1.5mm。而本实施例中的填充结构为线性填充结构，即填充结构的每一层的截面为线性，如图6和图7所示，且第N层线性填充方向与第N+1层线性填充方向交叉角度为90°，填充疏密比例为10％～99％。
所述弹性体材料为聚氨酯弹性体、聚酯弹性体和硅胶材料中的任意一种或组合。其中，聚氨酯弹性体和聚酯弹性体均为热塑性弹性体。本实施例中的弹性体材料采用聚氨酯材料(TPU)，硬度范围：邵氏硬度55A～98A，3D打印的技术类型选择熔融堆积成型法(FDM)。
所述套身设有透气孔，其中透气孔的孔径为0.5mm～3mm，以提高接受腔内衬套的透气性，进一步提高舒适度。
一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法,包括以下步骤：
(1)利用三维扫描设备获取患者的下肢残肢轮廓三维模型或者经修型后的残肢石膏模的轮廓三维模型；为保证三廓三维模型的获取更精确，在三维扫描前，患者下肢残肢使用缠绕膜缠绕裹实处理。
(2)利用步骤(1)中获取的轮廓三维模型建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型；建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型包括以下步骤：
(2-1)设定接受腔内衬套的三维模型的厚度；本实施例中，三维模型的厚度大小为3mm～8mm。
(2-2)保持接受腔内衬套三维模型内腔形状不变，增加接受腔内衬套的三维模型局部位置的厚度，此局部位置包括套底、与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区。
(3)在接受腔内衬套的三维模型或3D打印加，软件中设定接受腔内衬套的三维模型的内壁厚度、外壁厚度以及填充结构；
其中，本实施例的内壁厚度的大小和外壁厚度的大小均为0.5mm～1.5mm，填充结构每一层均为线性填充结构，且第N层线性填充方向与第N+1层线性填充方向交叉角度为90°，填充疏密比例为10％～99％。
(4)选择弹性体材料进行3D打印加工成型。本实施例中的弹性体材料采用聚氨酯材料(TPU)，硬度范围：邵氏硬度55A～98A，3D打印的技术类型选择熔融堆积成型法(FDM)。
完成上述打印后，在接受腔内衬套的套身设有透气孔，其中透气孔的孔径为0.5mm～3mm，以提高接受腔内衬套的透气性，进一步提高舒适度。
本实施例为小腿义肢，在本实施例中，增加套底、髌韧区和腘窝区三个位置的厚度，增加底部厚度有利于增加患者行走时的缓冲效果，增加髌韧带对应的区域、腘窝对应的区域三个位置的厚度有利于增加穿着舒适度及义肢的悬吊效果；如图4和图5所示，在实际装配时，内衬套装入接受腔外壳中，由于髌韧区和腘窝区的厚度增加，相当于把接受腔内衬套这两个部位稍微压扁，有助于增加接受腔内衬套悬吊效果；接受腔内衬套内部为非实心填充结构，减重的同时增强弹性效果；选择TPU材料的优点在于：该材料环保无毒性，亲肤性好，力学强度高韧性好，回弹性好，耐低温性能好，且3D打印时层间粘合力强。
实施例2
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：如图8所示，本实施例中的填充结构为蜂窝填充结构，此结构保证接受腔内衬套具有良好的稳定性及强度。
实施例3
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：如图9所示，本实施例中的填充结构为圆形填充结构。圆形填充结构在于保持内衬套垂直方向(垂直于地面方向)强度的同时，增加周向方向的弹性效果。
实施例4
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：本实施例选用光固化聚氨酯材料(PU)，硬度范围：邵氏硬度35A～98A，3D打印的技术类型选择光固化成型法(SLA或DLP或PolyJet)。同时，本实施例中内衬套的透气孔可在3D打印时一体成型，提高效率，3D打印技术类型采用光固化成型法，精度较高。
实施例5
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：本实施例选用聚氨酯粉末材料(PU)，硬度范围：邵氏硬度55A～98A，3D打印的技术类型选择粉末床成型法(SLS或MJF)。
本实施例采用的3D打印技术类型为粉末床成型法，对模型形状的限制更少，设计自由度更高。
实施例6
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套队以下技术特征外同实施例1：本实施例选用聚酯弹性体材料(TPEE)，硬度范围：邵氏硬度70A～98A，3D打印的技术类型选择熔融堆积成型法(FDM)。
本实施例采用聚酯弹性体材料(TPEE)，其优点在于TPEE在低温环境下柔韧性比TPU更优越。
实施例7
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：本实施例选用硅胶材料(Silicon)，硬度范围：邵氏硬度30A～90A，3D打印的技术类型选择光固化成型法(SLA或DLP)或熔融堆积成型法(FDM)与光固化成型法相结合的方法。
本实施例采用硅胶材料，其优点在于亲肤性比聚氨酯材料更好。
实施例8
本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：本实施例中将接受腔内衬套套底和套身为分体连接结构，即套身为上部，套底为下部，其中上部的高度为整个接受腔内衬套的高度的3/10至9/10。上部和下部分别采用不同硬度材料进行打印。本实施例上部和下部采用两种不同硬度的聚氨酯材料(TPU)，其中上部的聚氨酯材料(TPU)的硬度范围：邵氏硬度70A～98A；下部的聚氨酯材料(TPU)的硬度范围：邵氏硬度55A～90A。同一个模型中上部的硬度高于下部的硬度，3D打印的技术类型均选择熔融堆积成型法(FDM)，使用双喷头FDM打印机一体打印成型，或者使用单喷头FDM打印机将上下部分别打印后粘结成一体。
本实施例采用上下部差异化硬度设计，上部硬度稍高有利于夹紧残肢，下部硬度低有利于(行走时)缓冲。
实施例9
如图10至图12所示，本实施例中的3D打印下肢义肢接受腔内衬套除以下技术特征外同实施例1：本实施例的3D打印下肢义肢接受腔内衬套为大腿义脚接受腔内衬套。
其中，套身包括与大腿根部内侧对应的大腿根部区，所述套底和大腿根部区均增加厚度；所述大腿根部区的内侧面的截面呈圆弧状；
而在3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法过程中，与实施例1中的步骤(2-2)和步骤(4)不同，本实施例的步骤(2-2)为保持接受腔内衬套三维模型内腔形状不变，增加接受腔内衬套的三维模型局部位置的厚度，此局部位置包括套底和与大腿根部内侧对应的大腿根部区；步骤(4)选择弹性体材料进行3D打印加工成型。本实施例中的弹性体材料采用聚氨酯材料(TPU)，硬度范围：邵氏硬度30D～82D，3D打印的技术类型选择熔融堆积成型法(FDM)。
本实施例为大腿义肢，使用的弹性体材料硬度高于小腿义肢。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其特征在于：包括套底和套身，所述套底和套身均采用弹性体材料制成，所述套底和套身连接，
当下肢义肢为小腿义肢时，所述套身包括与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区，所述套底、髌韧区和腘窝区中的任意1个或任意2个组合或3个组合增加厚度。
当下肢义肢为大腿义肢时，所述套身包括与大腿根部内侧对应的大腿根部区，所述套底和大腿根部区中的任意1个或2个增加厚度。
2.根据权利要求1所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其特征在于：所述增加厚度的大小为1mm～10mm。
3.根据权利要求1所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其特征在于：所述髌韧区的内侧面的截面、腘窝区的内侧面的截面、大腿根部区的内侧面的截面均呈圆弧状。
4.根据权利要求1所述的种3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其特征在于：所述套底和套身内均具有填充结构，此填充结构为线性填充结构或蜂窝填充结构或圆形填充结构或椭圆形填充结构。
5.根据权利要求1所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套，其特征在于：所述弹性体材料为热塑性弹性体和硅胶材料中的任意一种或组合。
6.一种3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用三维扫描设备获取患者的下肢残肢轮廓三维模型或者经修型后的残肢石膏模的轮廓三维模型；
(2)利用步骤(1)中获取的轮廓三维模型建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型；
(3)在接受腔内衬套的三维模型或3D打印加工软件中设定接受腔内衬套的三维模型的内壁厚度、外壁厚度以及填充结构；
(4)选择弹性体材料进行3D打印加工成型。
7.根据权利要求6所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法，其特征在于，步骤(2)建立下肢义肢的接受腔内衬套的三维模型包括以下步骤：
(2-1)设定接受腔内衬套的三维模型的厚度；
(2-2)保持接受腔内衬套三维模型内腔形状不变，增加接受腔内衬套的三维模型局部位置的厚度：
当下肢义肢为小腿义肢时，此局部位置包括套底、与髌韧带对应的髌韧区和与腘窝对应的腘窝区中的任意1个或任意2个组合或3个；
当下肢义肢为大腿义肢时，此局部位置包括套底、与大腿根部内侧对应的大腿根部区中的任意1个或2个。
8.根据权利要求6所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法，其特征在于：所述填充结构为线性填充结构或蜂窝填充结构或圆形填充结构或椭圆形填充结构。
9.根据权利要求6所述的3D打印下肢义肢接受腔内衬套的制作方法，其特征在于：所述接受腔内衬套的套身设有透气孔。
10.根据权利要求6所述的3D打印小腿义肢接受腔内衬套的制作方法，其特征在于：所述弹性体材料为热塑性弹性体和硅胶材料中的任意一种或组合。
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