截止2021年，中國殘疾人聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示，中國約有8500多萬殘疾者，其中截肢者約1000萬左右，這意味著千萬人需要依賴假肢來維持正常生活的可能。然而，傳統(tǒng)假肢制作的高昂成本和復(fù)雜工序使得很多殘疾人難以負擔(dān)費用，或者需要面臨漫長的等待期，此外，由于傳統(tǒng)假肢的材質(zhì)、重量等因素，患者長時間佩戴可能會引起不適，這不僅限制了他們的自由和生活質(zhì)量，也加重了他們的心理和經(jīng)濟壓力。然而，隨著科技的不斷進步，3D掃描結(jié)合3D打印技術(shù)提供了定制化、快速和經(jīng)濟實惠的解決方案，為殘疾者帶來了新的希望。

今天，我們要講的就是B站up主 Owen來造（下稱“歐文”）通過3D技術(shù)為患者定制假肢的故事。

粉絲求助

四個月前，歐文收到了一位粉絲私信，講述了他的父親多年前因意外導(dǎo)致左腳掌截肢，只剩下腳跟部分，然而，受當(dāng)時技術(shù)限制，醫(yī)院制作的傳統(tǒng)假肢不僅價格昂貴，而且無法完全貼合腳部，長時間穿戴還會引發(fā)疼痛和身體其他部位的不適。因此，他找到了歐文，希望通過3D打印的高定制化解決上述問題。

但由于國內(nèi)外在3D打印假肢領(lǐng)域仍處于探索階段，歐文決定親自無償幫助粉絲，并與大家一同分享研究3D打印假肢的整套流程。

為了制作出舒適合腳的假肢，我們需要考慮到這位伯伯平時的步態(tài)和行走方式，以及他在日常生活環(huán)境中可能遇到的各種路況。此外，還需要了解他目前使用的假肢存在哪些不便之處，以及哪些部位會引起疼痛和疼痛原因。帶著這四個問題，歐文前往了這位粉絲的家中。

傳統(tǒng)假肢的束縛

伯伯在1992年花費一萬多制作的假肢僅使用不到一年就損壞，而假肢上的黑色部分則是他32年來多次修修補補的痕跡。這種頻繁的修復(fù)無疑給伯伯帶來了許多不便和困擾，而且都只是暫時性的改善方案，沒有真正解決他的困境。

目前的假肢需要經(jīng)過三層固定才能實現(xiàn)行走，這也導(dǎo)致伯伯穿著假肢的左腳顯得格外臃腫。

為了穿戴假肢，伯伯必須選擇比正常鞋碼大的高幫鞋，通過鞋帶將假肢固定在鞋子內(nèi)部。

此外，在假肢的高位處還需要使用繩子進行額外的固定。

最后將襪子反過來包裹假肢，以勉強保持固定狀態(tài)以供行走使用。

為了穿戴更加舒適，伯伯還在假肢內(nèi)墊入海綿墊，起到緩沖作用。然而，在患肢處仍然明顯可見長期磨損的痕跡，這些部位也是伯伯經(jīng)常感到疼痛的地方。

但歐文注意到，伯伯在行走時似乎有些用力不足，并且由于假肢的厚度達到2.5cm，導(dǎo)致左右腳高度差過大。加上伯伯的走路姿勢問題，使得腿部長期受力不均，進而導(dǎo)致右膝蓋的嚴(yán)重勞損。

第一次制作

對于新的假肢，伯伯希望它更輕便軟彈，以減少患處的疼痛。了解了基本情況和需求后，歐文開始了制作假肢的第一步，即使用3D掃描儀對患肢進行3D掃描，這一步驟至關(guān)重要。歐文使用的是知象光電Revopoint MIRACO 3D掃描儀，它能將患肢轉(zhuǎn)化為高精度的三維數(shù)字模型。

歐文在患肢處貼滿了標(biāo)記點，并用標(biāo)記點拼接模式進行掃描，以實現(xiàn)更準(zhǔn)確的捕捉定位。為了使新假肢盡可能接近于原有的大小和形態(tài)，他還對伯伯的右腳進行了掃描。

掃描完成后，歐文使用Revopoint 3D掃描儀配套處理軟件Revo Scan對模型進行精細化處理。通過3D打印，他得到了一個1:1的模型。

患肢模型有了，一個問題也隨之而來——哪種假肢才能讓伯伯走路更加順暢自然呢？經(jīng)過一番資料查詢，歐文了解到，對于失去腳掌的患者來說，假肢最重要的功能之一就是恢復(fù)腳掌滾動的功能。觀察伯伯的行走步態(tài)，假肢并未能很好地實現(xiàn)這一動作，僅僅是被帶動提起，并沒有發(fā)力。在只有小腿和腳跟的情況下，什么樣的動作或發(fā)力方式能讓假肢實現(xiàn)自然的滾動動作？具體的發(fā)力點又在哪里？

絕知此事要躬行，被這些問題困擾好幾天后，歐文決定給自己設(shè)計打印一個假肢，并親身體驗。他將自己的腳掌和腳趾部分固定，將其作為假肢的一部分，然后綁起小腿和腳跟部分，嘗試使用小腿和腳跟發(fā)力走路。

歐文發(fā)現(xiàn)，在他走路時，小腿會向前彎曲，腳跟向后推動，這樣假肢就會自然地形成滾動動作，并且主要的發(fā)力點在小腿正面靠上和腳跟處。然而，在多次走動后，他發(fā)現(xiàn)滾動動作還是不太連貫協(xié)調(diào)。通過與平時走路的動作反復(fù)對比，歐文意識到主要區(qū)別在于腳趾部分，腳趾并不一定需要參與滾動這一動作。

因此，歐文決定再次通過3D打印制作一個沒有腳趾的假肢。不出所料，這次的行走體驗更加自然流暢，這也印證了歐文的想法：腳趾不參與滾動動作反而有助于提高步態(tài)的連貫性和舒適度。

明確了假肢的設(shè)計思路和重點，歐文將患肢的模型和設(shè)計圖導(dǎo)入到VR中進行建模。除了勾勒出假肢的外形，最重要的是確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)與患肢貼合，在保證包裹性的同時，還需要預(yù)留出一定空間以便穿戴，確保良好的血液循環(huán)。

完成3D打印后，歐文使用患肢模型進行實驗穿戴，穿脫過程并沒有遇到太大問題，然而，盡管使用了TPU軟材料繼續(xù)打印，由于結(jié)構(gòu)或密度的原因，假肢內(nèi)部空間仍然感覺較硬，穿戴時不夠舒適。此外，鞋舌部分的強度也不夠。

歐文首先嘗試使用旋轉(zhuǎn)紐帶對假肢進行固定，緊接著又進行了一系列實驗：使用相同材料打印不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和密度的模型，以找到軟硬度和強度之間的關(guān)系。鑒于目前歐文對假肢各個部位的受力情況、軟硬度和強度的認知仍然是推測性的，他決定打印出兩款具有不同密度分布甚至是結(jié)合不同材料的假肢。這樣，伯伯可以根據(jù)自己的習(xí)慣進行體驗，并提供使用一段時間后的反饋。

3D打印假肢仍需改進

假肢制作完成，歐文帶著模型再次來到粉絲家中。這次拜訪的目的則是讓伯伯親身體驗3D打印假肢1.0，指出存在的問題和優(yōu)點，以供歐文對下一代產(chǎn)品進行調(diào)整和改進。

顯而易見，與之前的版本相比，3D打印假肢更加小巧輕便，重量從原來的496g減少至151g，厚度從2.5cm降至8mm。令歐文驚喜的是，假肢的穿戴體驗比他之前想象的更加順暢方便，并且其包裹性很好，只需扭緊旋鈕就能直接行走。之前最關(guān)注的腳掌滾動問題也未出差錯，走路變得更加自然，幾乎看不出那只腳穿了假肢。

但經(jīng)過一個小時的反復(fù)測試以及伯伯四天的穿戴體驗反饋，假肢的一些問題卻逐漸顯露出來。首先，3D打印材料在與瓷磚接觸時容易打滑，存在安全隱患。其次，假肢的前掌部分設(shè)計過窄，容易發(fā)生左右側(cè)翻，缺乏穩(wěn)定性。第三，右側(cè)的鞋帶會勒到腳腕，舒適感大打折扣。另外，假肢的材料過于硬，長時間穿戴會造成疼痛。更嚴(yán)重的是，假肢的外部結(jié)構(gòu)已經(jīng)塌陷，無法受力。

第一代3D打印假肢似乎存在不少問題，但歐文卻說，“所有的這些對于我來說都是好消息，這樣我能清楚的明白具體的受力點在哪里，知道下一步該如何修改設(shè)計和調(diào)整打印參數(shù)”。

第二次制作

吸取第一次的經(jīng)驗，歐文在新設(shè)計中采用了更加軟彈舒適的材料。他在視頻中解釋，假肢的每個部分都有不同的強度和材料密度。黑色部分代表高強度區(qū)域，密度為50%。這樣的設(shè)計既保證了高強度，還具備一定的彈性和緩沖特性，提供了良好的支撐性。白色部分是與患肢接觸的區(qū)域，密度為10%。而腳跟和鞋底則做了漸變強度的處理，從硬到軟，既保持了柔軟的感覺，同時也兼顧了高強度的要求。

為了解決鞋帶勒腳的問題，歐文將旋鈕鞋帶調(diào)整為外置式。既能固定假肢，又解決了勒腳的不適。最后，在鞋底貼上一層防滑膜，3D打印假肢2.0就完成了。

帶著3D打印假肢2.0，歐文第三次登門回訪。伯伯仍然穿著歐文第一次制作的假肢，3D打印假肢的重量和大小比起傳統(tǒng)假肢縮小了很多，伯伯的鞋碼也從40碼換成了39碼。通過這次改進，假肢的穿戴體驗更加舒適，伯伯的行走和活動也變得更加自如。

在本次案例中，使用3D打印技術(shù)制作假肢的材料成本大約在50-60元左右，而完成整個打印過程可能需要花費兩三百元，制作成本大幅降低。然而，對于假肢制作來說，設(shè)計模型才是最重要且成本最高的環(huán)節(jié)。此次設(shè)計制作假肢，歐文全程未收取任何費用，因此整個項目的成本看起來似乎很低。

但對于一般患者而言，無論是傳統(tǒng)假肢還是3D打印假肢，不能只關(guān)注材料耗損費用，在前期溝通患者需求、設(shè)計假肢模型以及不斷測試改進，一直到最終成型的整個過程中，付出的人力及設(shè)計成本絕不容忽視。

但相較于傳統(tǒng)假肢的制作成本以及后期維護成本，3D打印假肢不失為一種極具性價比的解決方案：一旦設(shè)計完成3D模型，就可以重復(fù)打印出無數(shù)個假肢，這種可復(fù)制性使得3D打印假肢具有更大的想象空間。

視頻發(fā)出后，這位粉絲在評論區(qū)留言說，“父親因為腿的原因已經(jīng)30年沒跟家人外出旅游，現(xiàn)在有了新的假肢，他今年也有了一起出游的打算”?？萍嫉牧α空谟诖?，當(dāng)它與人們的智慧相融合，疾病就不再是生命的絆腳石。

歐文在視頻中使用的是知象光電Revopoint MIRACO無線一體式專業(yè)級便攜三維掃描儀，一體式設(shè)計無需連接任何外部硬件即可輕松開始掃描。其搭載的6寸OLED觸摸屏可隨時查看掃描結(jié)果，遠近景雙幅面模式打破了掃描尺寸的限制，連續(xù)和單拍雙掃描模式帶來更便捷的掃描體驗，4800萬像素8K全彩技術(shù)讓模型色彩更加真實，適配WIFI 6無線連接讓數(shù)據(jù)傳輸更便捷。

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