加州大学工程师使用3D打印技术，可以将假肢的成本降低50%到90%

南极熊导读，据世界卫生组织数据，发展中的国家大约有4000万截肢者，其中95%不得不在没有假肢的情况下勉强度日。这是因为假肢制造起来既昂贵又耗时。没有条件的患者无法多次到达医院就诊，同时还缺少这方面的专家。那么，3D打印能否解决以上问题？

2022年5月20日，南极熊获悉，加州大学圣地亚哥分校的工程师们与假肢专家合作，开发了一款为截肢患者提供经济实惠的3D打印设备。

△一名截肢者在墨西哥测试由LIMBER免费提供的3D打印假肢。图片来自LIMBER

他们前往墨西哥为一截肢患者提供免费的3D打印定制假肢。该团队先是使用智能手机扫描截肢者的残肢，然后将其带回加州大学。再使用扫描图像来构建截肢的数字模型。最后，该团队使用自己开发的3D打印机，仅需12小时即可完成假肢的制作。

△Joshua Pelz博士结构工程系的学生，共同创立了LIMBER。图片来自LIMBER

将这种数字扫描技术和3D打印组合，可以将假肢的成本降低50%到90%，并更快地将假肢交付给需要它们的人。该学校的学生Pelz、De Vivo和Barrack成立了一家初创公司LIMBER Prosthetics & Orthotics, Inc.，以将该技术商业化。

LIMBER的商业计划有两个方面。一是在发达国家销售3D打印假肢，另方面是以折扣价或免费为发展中国家提供服务。

△LIMBER设计和3D打印由先进材料制成的定制假肢。图片来自LIMBER

经济实惠的3D技术
圣地亚哥居民戴安娜·赞布拉诺 (Diana Zambrano) 说，该公司将彻底改变截肢者使用假肢的方式，她自己也是截肢者，并帮助团队测试了这些设备。Zambrano说，LIMBER的方法还将使假肢更加实惠。传统假肢的成本可能高达20000美元。“拥有每个人都能负担得起的假肢将会很棒，”她说道。

与碳纤维和金属制成的传统假肢相比，它们可由防水材料制成。在过去35年时间里，随着3D打印技术的发展，从木材到钛合金材料都可以使用该技术。一名经过认证的假肢师和矫形师Barrack说，“LIMBER已经进行了许多测试，比如3D材料能承受的最大载荷是多少等，以确保假肢是安全可靠的。”

与加州大学的渊源
LIMBER在加州大学圣地亚哥分校有着深厚的根基。它目前是该学校雅各布斯工程学院全球企业家研究所 (IGE) 医疗技术加速器的一部分。同时，它也是该校创业加速器的一部分。很快该公司便会筹集种子轮融资。他们通过IGE与导师联系，其中包括医疗器械主管Michael Collins。

△LIMBER联合创始人Luca De Vivo，结构工程系博士后（左），与墨西哥恩塞纳达Calafia扶轮社的两名成员交谈。与扶轮社合作，为当地截肢者提供假肢。图片来自LIMBER

该项目于2016年在结构工程系教授Falko Kuester的研究小组中启动。该项目被称为Bold Exoskeleton Research项目或集成成像建模制造，其目标是将想象、建模、模拟测试和3D打印技术结合在一起，以创建可以专门定制以匹配的低成本、一体式假肢用户需求。对下肢截肢者的初步概念验证研究表明了这种方法的潜力。

△LIMBER假肢的结构灵感来自cholla仙人掌的结构。图片来自LIMBER

现代化工艺技术
传统上，残肢模型由专科医生设计并参与制造，它是一个耗时昂贵且无法复制的过程。“他们就像雕塑家，”德维沃说。“而且专业人员的数量还不够。” 现在，通过3D打印技术来解决专家的问题。

LIMBER使用数字工具代替繁琐的过程。该团队通过手机上扫描截肢，将数据上传到计算机辅助设计程序，以构建患者残肢的数字模型。这使研究人员可以节省大量时间，因为他们不必多次麻烦用户跑来跑去。

研究人员还通过使用先进的3D打印材料，实现减轻假肢的重量。他们的大部分新假肢都是由尼龙和填充短切碳纤维的尼龙组合而成。例如，通过使用这两种材料进行3D打印，团队可以改变肢体的刚度，使脚部更加灵活。为此，研究人员还从零开始，构建了一台专属的3D打印机。

△假肢3D打印机是该团队从零开始设计和制造的。图片来自LIMBER

生物灵感和下一步
假肢的设计灵感来自于全罗仙人掌的结构，De Vivo在本科和研究生期间都研究过这种仙人掌。它的木骨架需要承受恶劣的沙漠条件和飓风。该植物的骨架呈一个以45度角纵横交错的木质纤维圆柱体，中间有椭圆形的空白空间，有点像铁丝网围栏。这种开放空间结构，允许仙人掌骨架在有风的条件下弯曲或旋转。

“数字扫描技术与3D打印相结合，有望改变假肢的制造方式和使用方式，”结构工程教授 Kuester说。