3D-печать в производстве кастомизированных ножных протезов

Уникальная конструкция

Протез NOVA Foot состоит из нескольких секций для передней и средней частей стопы, пятки и лодыжки. Каждый сегмент настраивается в соответствии с потребностями пациента. Все кастомизируемые части печатаются на SLS-принтере.

Две дополнительные 3D-печатные стельки в носочной и пяточной части полностью водонепроницаемы и обеспечивают сцепление и устойчивость во влажных условиях, например, в душе. Эти детали имеют внутреннюю решетчатую структуру, которую невозможно изготовить иными методами производства, кроме 3D-печати.

Три пружины позволяют секциям двигаться. Гибкость стопы настраивается при помощи более мягких или более жестких пружин, менять которые можно в любое время.

В обычных протезах из углеродного волокна используют покрытие для сцепления, влагозащиты и заполнения обуви. Конструкция NOVA Foot позволяет носить протез в обуви без покрытия, а специальные материалы не требуют дополнительной защиты от влаги. Все это позволило отказаться от внешнего покрытия, что значительно снизило общий вес изделия.

Стандартный протез для взрослого человека весит 600-800 грамм вместе с покрытием. NOVA Foot весит всего 550 грамм.

Особенности производства

Все части протеза изготавливают с помощью 3D-печати. Используются две технологии, основанных на воздействии лазерного луча на материал:

• SLA: послойное отверждение жидкого фотополимера;

• SLS: послойное спекание порошков (полиамиды, пластик).

Специальное программное обеспечение позволяет точно оценивать время печати. Около пяти часов занимает печать одного протеза. Одновременно можно печатать до четырех протезов.

Сначала тестируется цифровая модель продукта, затем печатается прототип для тестирования.

Почему именно 3D-печать?

Марко Гарано, генеральный директор CPT:

• На 3D-принтере можно получать легкие, в но то же время прочные и функциональные детали с очень сложной геометрией. Например, эластичная стелька для поддержки пятки имеет внутреннюю полость, уменьшающую плотность в определенной точке.

• При кастомизации детали не нужно тратить деньги и время на модификацию литьевых форм. Стоимость формы для производства всех частей NOVA Foot — примерно €50 000–60 000 на размер. То есть, формы для шести размеров обошлись бы минимум в €300 000.

• Благодаря 3D-печати изменения и настройки проводятся без остановки производства. Когда пациенту с ампутированной конечностью потребовалась дополнительная поддержка в фазе удара пяткой и больше амортизации, Марко Гарано настроил модель всего за несколько часов.

Материалы

Материалы для протезов должны быть прочными, легкими, водонепроницаемыми, эстетичными, доступными и выдерживать многократное использование под нагрузкой.

Для основной части протеза используется порошок Nylon 12 — легкий, устойчивый к сжатию, ударам и воздействию окружающей среды. Также Nylon 12 обеспечивает очень точные допуски.

Порошок TPU 90A используется для печати стелек под пятку и переднюю часть стопы, а также внешней оболочки пружин.

Держатели пружин печатают на принтерах SLA из смолы Tough 2000 Resin — прочного, износостойкого материала, подобного ABS. Эти держатели должны иметь очень гладкую поверхность, поскольку они скользят, и быть очень точными, поскольку они с минимальным люфтом сопрягаются с деталями из Nylon 12.