大学生开发出3D打印假肢上肢接受腔，只需 30 欧元

代尔夫特理工大学一名机械工程专业的学生设计了一种假肢上肢接受腔，可以使用日常FDM系统进行3D打印，价格仅为30欧元。

代号为“V3D”的经桡骨设备具有体积可调的闭合系统，允许用户在移动假肢之前轻松连接假肢，并进行大范围的屈曲和肘部完全伸展。只需四个小时即可打印，多功能接受腔旨在满足居住在偏远地区的人们的需求，这些地区可能无法使用 3D 扫描仪和定制的假肢。


代尔夫特理工大学学生 Isra Kamaal 的 3D 打印假肢接受腔的标记图

被忽视的上肢截肢者

每年有 6,000 至 10,000 名美国公民接受上肢截肢手术，在此过程中，他们会失去部分前臂，并安装假肢以帮助恢复身体机能。这些接受腔对于某些假肢的安全连接至关重要，当它们不合适时，可能会导致佩戴者附近的组织出现水泡。

目前，许多假肢窝是通过耗时的石膏模塑工艺制造的，可能需要长达五周的时间，如果患者的体重或尺寸发生变化，他们必须再次忍受这种等待。另一方面，使用3D打印技术，现在可以将解剖3D扫描迅速转化为个性化的假肢，但这种方法迄今为止在很大程度上仅限于创建下肢窝。

为了将增材制造的好处带给上肢截肢者，代尔夫特的硕士生 Israa Kamal 因此着手设计一种新颖的假肢接受腔，它不仅可以按需制造和安装，还可以进行调整以满足个人的需求并允许他们不受限制地完全伸展肘部。


Kamal 在 V3D 的设计中结合了她早期的两个插槽概念

按需假肢接受腔

最初，Kamal 提出了五个接受腔概念，每个概念都具有不同的机制和透气性水平，然后结合两种紧固模型的最佳部分来创建单一的优化设计。代尔夫特工程师的最终布局包括一个主外壳、可调节翼和一个上部附件，该附件旨在通过肘部的旋转关节连接到假肢。

理论上，这个概念允许用户在不干扰手腕单元的情况下自由调整接受腔，而设备的末端可以定制以适应个人佩戴者的手腕。确定最终设计后，Kamal 利用 Ultimaker S5 3D 打印机和 PLA 材料创建了一个 30 欧元的原型，如果批量生产，她说将来可以更便宜地制造它们。

与重约 240 克的传统接受腔相比，事实证明 V3D 轻得多，仅为 170 克，并且在轴向加载、弯曲和冲击测试中，该设备能够承受 10 千克的负载、高达 50 牛的诱导应力，并从高达 2.4 米，没有任何可见的损坏。


V3D假肢肢体窝在弯曲测试中

在验证了她的新设计后，Kamal征集了五名志愿者的帮助，由于COVID-19的限制，他们虽然身体健全，但仍然能够评估设备的舒适性和功能性。最终，每个参与者的不同尺寸的四肢都可以适应接受腔，但他们可以完全伸展他们的肘部，他们的屈曲自由程度会根据设备的适合程度而变化。

根据她的早期结果，Kamal 得出结论，功能性接受腔的安装取决于患者残肢在肘部弯曲至 90° 时的尺寸。为了适应这种情况，这位学生工程师为未来的承窝配件制定了“尺寸指南”，然后补充说她的设计的进一步迭代可能包括肘部球窝关节，为用户提供更大的屈曲范围。

在 V3D 取得初步成功后，其设计现已传递给 Radboud 大学医学中心 (RUMC)，该中心将开发 3D 打印假肢，用于治疗荷兰和塞拉利昂的截肢者。Kamal 在她的研究中总结道：“该接受腔已证明可以使用卡尺安装，以防 3D 扫描仪不可用。”

“这一优势使得在无法使用 3D 扫描仪的社区中制作 V3D 变得可行，”她补充道。“此外，可以对接受腔进行参数设置，以使具有相似几何形状和相当大小的残肢的用户可以安装相同的接受腔，这将使制造过程减少劳动强度和时间，从而达到了目标。”