3Dプリントのリハビリ補助具には明らかな利点があるが、解決すべき問題がまだある。

出典: 金志イノベーション

南極熊の紹介: 3D プリントは、積層造形 (AM) とも呼ばれ、3D プリント装置を使用して、設計された 3 次元モデルに基づいて材料を層ごとに追加し、最終的に目的の 3D エンティティを取得するプロセスです。 3D プリントはパーソナライズされたカスタマイズという特徴があるため、医療業界で広く使用されています。たとえば、3D プリント技術を使用して、さまざまな人間の生体臓器、患者の手術モデル、適応型リハビリテーション補助装置などを印刷できます。この記事では、リハビリテーション補助具を作成するために 3D プリント技術を使用する利点と現在の問題に焦点を当てています。

リハビリテーション補助装置市場は常に 3D プリント技術の重要な応用分野となっています。近年、3Dプリント技術は、矯正器具、義肢、補聴器などのリハビリテーション補助器具に徐々に広く使用されるようになりました。リハビリテーションを必要とする人の身体的状態はさまざまであるため、医療補助機器市場におけるカスタマイズの需要はより顕著です。 3Dプリント技術は、こうしたカスタマイズの需要を満たすだけでなく、リハビリ補助器具の製造コストを大幅に削減し、高齢者や障害者に新たな希望をもたらします。

3Dプリントは補助ツールの製造において明らかな利点がある
従来の製造支援と比較して、3D プリント技術は、金型製造の時間コストを節約し、研究開発の速度を上げ、研究開発の失敗のコストを削減できます。 3Dプリンティング技術は、コンピュータグラフィックデータに基づいてさまざまな形状の補助製品を付加的に製造できるため、材料の利用率が向上し、より複雑な構造の補助製品をより短時間で製造できます。

リハビリテーション補助具の従来の製造プロセスは比較的複雑です。まず、企業は患者の一般的な状態に基づいてさまざまな種類の製品を設計する必要があります。その後、金型メーカーは設計開発図面に基づいて金型を製造します。金型の製造にはコストがかかるため、メーカーは一般的にコストを抑えるために基本モデルを設定します。金型が製造された後は、金型に適した工具や治具を設計・開発することも必要です。金型・治具の開発が完了したら、大型射出成形に着手する。その結果、製品にはサイズやモデルが限られており、患者の体型にぴったりと合わせることが困難になっています。生産プロセス全体は、生産量が多く、手順が複雑で、サイクルが長く、モデルと仕様が少ないという特徴があります。

しかし、3Dプリント技術を使用して医療リハビリテーション補助具を作成するプロセスは比較的簡単です。まず、患者の骨、皮膚、または体の形状の関連データ画像を取得し、3次元再構成した後に設計を実行する必要があります。次に、設計されたデータモデルを「プリンター」（関連する製造材料を準備）にインポートし、印刷後に簡単な処理を実行して、カスタマイズされたリハビリテーション補助具を取得します。製造プロセス全体が便利でシンプル、高速であり、正確でパーソナライズされているため、時間コストが短縮されるだけでなく、製品と患者の身体構造の適合度も向上します。

図1 3Dプリント技術と伝統的な補助ツールの製造プロセス（出典：中国国家知識インフラストラクチャ）
補助ツールの製造における3Dプリント技術の応用
3D プリント技術は個別のカスタマイズニーズに適しており、提供される製品は基本的にカスタマイズされています。補助ツールの製造に 3D プリント技術を導入することで、カスタマイズのコストが大幅に削減されました。現在、3Dプリンティングは次の2つの分野で使用されています。1つは、医療モデル、義肢、補聴器、診断および治療機器、さまざまな補助ツール、手術ガイドなど、体内に留まる必要のない医療機器です。もう1つは、チタン合金、バイオセラミックスなどの関連印刷材料を使用して、機器を通じて人体で使用される歯、骨、関節を印刷する、パーソナライズされた永久的な人体インプラントです。

現在、補助器具の製造に3Dプリント技術を応用する方法は2つあります。1つは、レーザースキャン装置を使用して人体の特定の部分をスキャンしてデータを収集し、専門家がデータを処理して3次元モデルデータを形成する方法です。このデータはCNC担当者によって操作され、CNC加工プログラムがコンパイルされ、そのプログラムはCNC加工装置に入力されます。加工装置はコンピュータープログラムに従ってデータモデルとまったく同じ製品を加工し、最後に仕上げを行います。 2つ目は、磁気共鳴技術とCTスキャンを使用して完全な骨のデータを収集し、コンピューター上で障害者の骨の3D画像を構築し、3Dプリンターを使用して障害者と同じ材料で作られた完全なモデルを印刷することです。モデルの不完全性に応じて、補綴物のシミュレーション取り付けとトリミングを設計および製造します。シミュレーション取り付けが完了したら、関連材料を使用して実際のインプラント補綴物を印刷します。

補助工具の製造において3Dプリント技術が解決すべき課題<br /> 現在市販されている 3D プリンターは、プラスチックを加熱し、設計したモデルをノズルから排出します。このプロセスでは、人体や環境に影響を与える有害な廃ガスと有毒ガスが発生します。

第二に、リハビリテーション用補助具は患者が長時間装着するものであるため、できるだけ軽量であることが求められます。患者が快適に着用できるように、原材料は耐湿性があり、軽量で柔らかいことが求められます。同時に、材料は良好な生物学的特性と十分な機械的強度を備えている必要があり、そのため、材料は液化、糸状化、粉末化が可能で、印刷後に再結合できる必要があります。金属粉末の場合、粒度分布、流動性、酸素含有量、嵩密度などの材料特性に対する要件が高くなります。現在、金属粉末原料には高温合金やチタン合金などがあり、このような高規格の原料は輸入でしか解決できず、サイクルが長く、価格も高い。

機械や材料で解決しなければならない問題に加え、3Dプリント業界の標準の欠如は、国内外で共通の問題となっています。 3D プリントに必要な材料は従来のものとは異なるため、既存の業界標準は適用できず、対応する業界標準を研究して策定する必要があります。さらに、従来の規制モデルがこの効率的な 3D 印刷技術に適応できるかどうかも検証する必要があります。

中国は3Dプリント補助ツールの研究開発において目覚ましい成果を上げている。わが国にはすでに義肢製作の基本的な3Dプリント技術と研究能力があります。義肢を例にとると、北京義肢研究所はわが国の人体形状に適したソケットCAM/CADシステムを開発しました。清華大学、中国科学院合肥智能機械研究所、中国科学院成都支部などの機関はすべて3次元力プラットフォーム製品を保有しています。

清華大学の研究開発チームが「M-RPMS多機能ラピッドプロトタイピングシステム」も発表したことは特筆に値します。これは、2つのラピッドプロトタイピングプロセスを備え、独立した知的財産権を持つ世界で唯一のシステムです。その後、製品化に向けた取り組みが進められ、木型を使わずに鋳物の製造工程を完成させた世界初の技術となりました。

要約する
3Dプリンティングは先進製造分野の代表的な技術として、リハビリ補助器具の製造において明らかな利点を持っていますが、現在の応用レベルはまだ浅く、解決すべき問題がまだ多く残っています。 3D プリント技術は、リハビリ補助機器の革新的な開発と普及を大きく促進してきました。科学の進歩と研究者による 3D プリントの継続的な研究により、補助機器における 3D プリント技術の応用において、間違いなく革命的な進歩がもたらされるでしょう。

出典: 金志イノベーション

3Dプリントのリハビリ補助具には明らかな利点があるが、解決すべき問題がまだある。

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