Victoria Hand：向發(fā)展中國家的截肢者提供3D列印義肢
 
在維多利亞大學(xué)，一個包含工程師、設(shè)計師和志工的團隊正在努力工作，為世界上最貧困地區(qū)的被截肢者提供3D列印的義肢。這是一項很有挑戰(zhàn)，但也是非常與眾不同的工作。他們是Victoria Hand計畫，而今天要跟大家說的就是他們的故事。
 
Adaptive Grasp

在90年代末期，Nikolai Dechev博士正在進行他的博士專案計畫，創(chuàng)造一個具有突破性技術(shù)的義肢，他稱之為Adaptive Grasp。Adaptive Grasp允許手指在手閉合時圍繞物體。當(dāng)時，手被設(shè)計成焊接在CNC機器上。這種高成本的製造方式其實是一項不明智的選擇。而也正是此點，正式3D列印發(fā)跡著墨的地方?？吹竭@項技術(shù)的潛力後，Dechev和他的同事Joshua Coutts修改了設(shè)計，並開始了Victoria Hand計畫。
 

 
由於資源有限，農(nóng)村地區(qū)的進出受到限制，缺乏專門知識和費用，發(fā)展中國家通常不易取得義肢。3D列印為這些問題提供了解決方案，使團隊能夠降低成本，在每個國家的當(dāng)?shù)剡M行列印和組裝。透過3D列印機和正確的材料，診所可以列印個人化醫(yī)療設(shè)備或更換零件，甚至在偏遠(yuǎn)地區(qū)。例如，在尼泊爾，一個工程師團隊與他們的3D列印機一起旅行，創(chuàng)造醫(yī)療設(shè)備和機器的更換零件。這種方式比運輸特定零件和大箱子來的更容易且更便宜。

他們需要一臺列印機，提供高品質(zhì)的成品，每個塑料層之間有強大的聯(lián)繫。而Ultimaker 2是最理想的。由於Ultimaker 2的高品質(zhì)，它是一臺易於使用且有可用的資源維護和故障排除的3D列印機。

Ultimaker 2怎麼運行的

首先，義肢師會對被截肢者進行評估。先製作出殘肢的模型，然後義肢專家在裝置和人體之間製作一個界面。Victoria Hand計畫團隊透過對石膏模具的定制3D掃描來捕捉義肢師的技能。然後使用此掃描為被截肢者創(chuàng)建定制的3D列印插座。

手和腕部組件大約需列印48小時，然後組裝並連接到特訂插座。最後一步是彩繪義肢來跟自然膚色匹配。這種美學(xué)觸覺幫助被截肢者感覺更自信。

培訓(xùn)提供給所有3D列印實驗室工作人員，加上義肢師和臨床醫(yī)生。
 
               

3D列印的挑戰(zhàn)

2014年，Victoria Hand計畫團隊研究了不同的3D列印機，發(fā)現(xiàn)Ultimaker 2最適合這項任務(wù)。最初，他們也訂購了一臺SLA 3D列印機，但它導(dǎo)致許多列印失敗，也沒有提供所需的清潔環(huán)境。這些部件對於實際使用來說也太脆弱。 因此證明了，Ultimaker更容易使用，這意味著臨床醫(yī)生和義肢師可以快速掌握如何操作它們。

一路上仍有些許的問題發(fā)生，但是Ultimaker的指南和論壇幫助他們學(xué)習(xí)如何使用和維修3D列印機。打列印品質(zhì)提高，製造過程加快。多年來，團隊獲得許多使用3D列印機的寶貴經(jīng)驗，並能夠為其他診所提供技術(shù)服務(wù)。他們親自訓(xùn)練醫(yī)務(wù)工作者，以確保他們知道如何組裝和配合義肢。這鼓勵了診所工作人員之間更密切的關(guān)係。

該團隊還了解了，3D列印在診所，與在維多利亞大學(xué)實驗室的印刷的不同。例如，在尼泊爾，每天都有停電。沒有UPS，不能列印插座。在其他診所，是炎熱和潮濕的，這可以改變材料的性質(zhì)。在加德滿都，空氣中是多塵的，這意味著加熱板需要更頻繁地清潔，這使得該過程更加昂貴。此外，運費和進口費使得更換零件很貴，即使是那些微小的噴嘴也是一樣。
 

 
材料選擇

有時候，知道什麼是最好的列印設(shè)置是有挑戰(zhàn)性的。使用Ultimaker 2+列印機，Victoria Hand團隊測試列印速度和層厚以找到最佳設(shè)定，並測試不同的材料，如PLA，ABS，尼龍和PET。工程學(xué)生志工在每種情況下進行拉伸試驗和失效分析。些測試讓Victoria Hand計畫改進他們的設(shè)計。

學(xué)生們認(rèn)為黑色PLA是最好的。它是強韌的，需要較少的事先處理時間。其他材料較難列印，例如，雖然ABS也很強韌，但並無法牢固的黏附在加熱板上。這對於經(jīng)驗不足的3D列印人員（例如診所的工作人員）來說是有問題的。PLA提供了很好的品質(zhì)，易於使用 - 所以它是理想的3D列印材料。
 
               
 
從瓜地馬拉到柬埔寨等地

在獲得Grand Challenges Canada獎項後，Victoria Hand 計畫與瓜地馬拉的運動項目項目合作。進行了短期和長期的試驗，這個試驗證實了人們迫切需要高品質(zhì)的義肢，而沒有費用。設(shè)計師Joshua Coutts回憶起他的第三次訪問，當(dāng)時他意識到3D列印機在當(dāng)?shù)氐臐摿Α?br />
在那之前，他專注於開發(fā)手部功能。在第三次試驗中，功能及易用性和美觀性都得到了改善，這使得世界變得不一樣。感覺就好像努力的工作終於有回報了，他們終於提供改變生活的結(jié)果。

從那時起，Victoria Hand計畫與尼泊爾，海地，柬埔寨和厄瓜多爾的其他臨床合作夥伴合作。診所找到截肢者，列印和組裝手，並配適義肢。Victoria Hand計畫團隊設(shè)置設(shè)備，訓(xùn)練當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T，並提供支持和隨時跟進。
 
                

贊助商和支持者

如果沒有幾次慷慨捐贈，這個計畫是不可能的達成的。Grand Challenges Canada資助了最初的發(fā)展和試驗，並擴大了他們幫助建立更多的診所。Ultimaker捐贈了四臺Ultimaker 2+ 3D列印機，這是操作的關(guān)鍵組成部分。Enable Community Foundation資助了海地的診所，也有其他捐贈透過群眾籌資和籌款來實現(xiàn)。

雖然Victoria Hand計畫已經(jīng)與E-nable合作，但設(shè)計團隊現(xiàn)在是分開的。E-nable運行一個開源模型，允許人們下載設(shè)計然後用3D列印印機在任何地方列印。Victoria Hand計畫僅向合作者提供STL檔案和Gcode檔案。這確保3D列印義肢卓越的品質(zhì)，並保持良好的信譽。
 
              
 
新設(shè)備

除了3D列印的手，團隊已開始使用3D列印開發(fā)其他醫(yī)療設(shè)備; 例如可調(diào)節(jié)的足部支架，踝部支架和手指支架。他們使用相同的硬體和材料，所以透過電子郵件發(fā)送到診所的新設(shè)計可以馬上開始印刷了。

由於PLA是熱塑性塑料，所以使用熱槍或熱水來熱成型部件。當(dāng)材料變軟時，其可以在肢體周圍形成; 然後當(dāng)其冷卻時變得剛性並提供支撐。

未來

Victoria Hand計畫旨在進一步改善截肢者的系統(tǒng)，籌集資金，並在全球範(fàn)圍內(nèi)建立更多的合作夥伴關(guān)係。讓更多人知道這件事和獲得財政支持是實現(xiàn)這一目標(biāo)的主要因素。觀看這個地方，了解更多關(guān)於這個驚人的項目！


原文：https://ultimaker.com/en/stories/23486-victoria-hand-providing-3d-printed-prosthetics-to-amputees-in-the-developing-world