评估3D打印足矫形器的性能

来源：广西增材制造协会

患有扁平足等疾病的人经常求助于定制足部矫形器，可以使用3D打印和扫描技术以更低的成本在更少的时间内制造出这种矫形器。来自台湾的一组研究人员最近进行了一项名为“ 3D打印足矫形器的生物力学评估和强度测试”的研究，目的是评估扁平足患者对3D打印足部矫形器的使用情况，研究人员写道：“这项研究的目的是使用低成本3D打印技术制造足部矫形器，并评估3D打印足部矫形器在柔性扁平足个体中的机械性能和生物力学效果。”

图1：3D打印足部矫形器的制作。（c）从脚部模型中提取足部矫形器形状。（d）导入到Cura中的Solid 足部矫形器模型将被切片并作为G代码输出

他们以0°，45°和90°的方向3D打印了18个足部矫形器样品，并与12个个体进行了人体运动分析，并进行了机械测试以确定其最大压缩载荷和刚度。研究人员3D扫描了参与者的脚，然后将结果导出为STL文件，并使用Autodesk Meshmixer软件对其进行了编辑，并在Infinity X1 FDM 3D打印机上用PLA灯丝打印了3D。使用Ultimaker Cura 3.3软件定义足部矫形器的构建参数。

研究人员解释说：“由于不存在用于足部矫形器的标准测试，我们设计了一种程序来测试足部矫形器的刚度。”“在每个足部矫形器的侧面放置了一个矩形夹具测量。”

然后，对每个构建方向的六个3D打印足部矫形器进行动态压缩，然后团队收集了位移和反作用力数据。为了比较足部矫形器的最大压缩载荷和刚度，还完成了方差分析（ANOVA）或方差的单向分析、检验。

（e）使用Infinity X1 3D打印机打印的3D 足部矫形器。（f）3D打印的足部矫形器的俯视图和（g）后视图。

他们写道：“执行的压缩测试表明，当位移小于5mm时，足部矫形器的45°和90°生成取向导致相似的载荷和位移行为。”“方差分析揭示了群体之间的差异。 Tukey测试表明，使用45°构造方向（N）制成的足部矫形器中的最大负载明显大于使用90°（N）和0°（N）构造方向所制成的足部矫形器。

参与者还进行了运动捕捉实验，其中运动学和动力学数据均由八台摄像机的3D Vicon运动分析系统收集。他们必须穿着标准鞋“进行五次以自选速度进行水平行走的试验”，然后再嵌入3D打印足部矫形器。

团队再次进行了ANOVA测试，以比较三个构建方向中每个方向的足部矫形器的机械参数。为了比较运动捕捉测试中的生物力学变量，还进行了配对样本测试。

“结果表明，45°构造方向产生了最强的足部矫形器。此外，在Shoe + 足部矫形器条件下，最大踝伸肌力矩和外旋肌力矩分别显着降低了35％和16％，但与Shoe条件相比，最大踝plant屈力矩增加了3％。研究人员写道：“在两种情况下，地面反作用力没有显着差异。”“这项研究表明3D打印的足部矫形器可以改变步态期间的踝关节力矩。

“我们可以得出结论，低成本3D打印技术具有制造定制足部矫形器的能力，并具有纠正脚部异常的足够支持。我们提供的证据表明，这些足部矫形器引起了生物力学的变化，并对扁平足的人产生了积极的影响。”