در این مطلب خواهیم دید که چگونه پرینت سه بعدی به‌طور اساسی حوزه پروتزها را متحول کرده است. دستگاه‌های پزشکی شخصی‌شده، از جمله پروتزها، به‌طور فزاینده‌ای در حال رایج شدن هستند و به ارائه‌دهندگان مراقبت‌های درمانی این امکان را می‌دهند تا درمان‌هایی متناسب با فیزیولوژی و نیازهای منحصر به فرد هر بیمار ارائه دهند.
سفارشی‌سازی در پروتزها رایج است، اما گردش کار سنتی به صورت دستی انجام می‌شود و به مهارت و تخصص بالای تکنسین متکی است. پروتزهایی که با استفاده از گردش کار دیجیتال تولید می‌شوند، محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند، اما هنوز بخش نسبتاً کوچکی از بازار را تشکیل می‌دهند. این مقاله بررسی می‌کند که گردش کار دیجیتال در مقایسه با گردش کار سنتی در طراحی پروتزهای پرینت سه بعدی چگونه است و عوامل مهمی را که باید در ساخت این دستگاه‌ها در نظر گرفت، تشریح می‌کند.
تولید افزودنی در پروتزها
تولید افزودنی (AM) با ایجاد فرصت‌های جدید برای سفارشی‌سازی، حوزه پروتزها را متحول کرده است و به بیماران قطع عضو یا دارای تفاوت‌های اندامی این امکان را می‌دهد تا به دستگاه‌هایی متناسب با نیازهای خود دسترسی داشته باشند.
با استفاده از داده‌های اسکن سه بعدی، تولید افزودنی به شما امکان می‌دهد تا هندسه‌های پیچیده را در کسری از زمان و هزینه‌ای که روش‌های سنتی معمولاً نیاز دارند، به‌طور دقیق بازتولید کنید. این سطح از کنترل می‌تواند به‌طور قابل توجهی راحتی و عملکرد را بهبود بخشد، به‌ویژه در دستگاه‌هایی مانند دست‌های مصنوعی. تولید افزودنی همچنین نیاز به ابزارهای گران‌قیمتی که معمولاً در ساخت دستی سوکت‌های سفارشی استفاده می‌شوند را از بین می‌برد و این امر منجر به صرفه‌جویی بیشتر در هزینه‌ها می‌شود.
مزیت دیگر پرینت سه بعدی دستگاه‌های پروتزی، چرخه‌های توسعه سریع‌تر است که امکان تکرار سریع طراحی را برای بهبود تناسب و راحتی فراهم می‌کند. علاوه بر این، مقیاس‌پذیری تولید افزودنی، تولید انبوه را از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌کند و هزینه‌ها را برای ارائه‌دهندگان مراقبت‌های بهداشتی و مصرف‌کنندگان کاهش می‌دهد.
مزایای پرینت سه بعدی پروتزها
برای بیمارانی که به دستگاه‌های پروتزی سفارشی نیاز دارند، آزادی طراحی مرتبط با فناوری پرینت سه بعدی، فرصت‌های بی‌پایانی برای بهبود طراحی و عملکرد فراهم می‌کند. این بدان معناست که دستگاه‌های پروتزی پرینت سه بعدی می‌توانند راحتی، سفارشی‌سازی و صرفه‌جویی در هزینه‌ها را در مقایسه با دستگاه‌های تولید شده به روش سنتی ارائه دهند.
پرینت سه بعدی به شما امکان می‌دهد تا طراحی‌های سبک‌تری ایجاد کنید که بیماران بتوانند برای مدت طولانی‌تری با راحتی آن‌ها را بپوشند. این امر به این دلیل قابل دستیابی است که تولید افزودنی به شما امکان می‌دهد ساختارهای پیچیده را با حداقل مصرف مواد ایجاد کنید. با توجه به اینکه مواد بیش از 40٪ از هزینه‌های تولید را تشکیل می‌دهند، فرصت‌های کاهش وزن می‌توانند منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها نیز شوند.
از دیدگاه طراحی، مزیت دیگر پرینت سه بعدی پروتزها، توانایی ایجاد “رفتارهای پویا” است. به عنوان مثال، سوکت می‌تواند در جایی که نیاز است سفت باشد و در عین حال ساختارهای انعطاف‌پذیر با رفتار اسفنج‌مانند برای ضربه‌گیری یا میرایی داشته باشد.
پوشش‌های پرینت سه بعدی نیز یکی دیگر از موارد استفاده رایج برای شخصی‌سازی پروتزها هستند، زیرا زیبایی‌شناسی منحصر به فرد و دوام بالایی ارائه می‌دهند. به‌لطف فرآیند سریع و دقیق اسکن تا چاپ در تولید افزودنی، می‌توانید به سرعت هرگونه تغییرات لازم در طراحی را اعمال کنید. این امر به‌ویژه در مورد پروتزهای کودکان مفید است، زیرا ممکن است همگام با رشد آن‌ها به چند دستگاه نیاز باشد.
تولید سنتی در مقابل تولید دیجیتال پروتزها
گردش کارهای سفارشی‌سازی که شامل اسکن سه بعدی و تولید افزودنی می‌شوند، جایگزین دیجیتالی ساده‌تری برای فرآیند سنتی دستی، پرزحمت و نیازمند تخصص بالا در ساخت سوکت‌های پروتزی سفارشی ارائه می‌دهند.
در اینجا مقایسه‌ای بین فرآیندهای تولید سنتی و دیجیتال آورده شده است.
فرآیند تولید سنتی
ابتدا، پروتزیست از اندام باقی‌مانده قالب یا “کست” می‌گیرد تا یک کپی دقیق از آن ایجاد کند. تولیدکننده از این قالب برای ساخت سوکت‌های سفارشی قالب‌گیری‌شده با اندازه‌های خاص استفاده می‌کند که متناسب با آناتومی منحصر به فرد و دامنه حرکتی هر کاربر طراحی شده‌اند. برای ایجاد سوکت‌های سفارشی قالب‌گیری‌شده، مواد ترموپلاستیک گرم می‌شوند تا با شکل ناحیه قطع‌شده بیمار تطبیق یابند.
پس از آماده‌شدن سوکت‌ها، می‌توانید آن‌ها را به قطعات آماده‌ای که اندام مصنوعی را تشکیل می‌دهند، متصل کنید. این قطعات برای مونتاژ آسان طراحی شده‌اند و می‌توانند تنظیم شوند تا حداکثر راحتی و عملکرد را برای هر کاربر فراهم کنند.
در نهایت، می‌توانید اندام مصنوعی را نصب کرده و هرگونه تنظیمات لازم را انجام دهید: تنظیم دقیق هرگونه کشش یا آزادسازی مفاصل و اطمینان از هم‌ترازی تمامی قطعات.
فرآیند تولید دیجیتال
فرآیند تولید دیجیتال با جمع‌آوری داده‌های بیمار آغاز می‌شود. این کار شامل ثبت داده‌های آناتومیکی با وضوح بالا با استفاده از فناوری‌های تصویربرداری پزشکی سه بعدی، مانند اسکنرهای سه بعدی دستی، MRI یا سی‌تی اسکن است. سپس این داده‌ها تقسیم‌بندی و به مش‌های سطح دیجیتالی تبدیل می‌شود که در عملیات طراحی بعدی استفاده می‌شوند.
مرحله دوم، ایجاد طراحی است. بسته به استراتژی سفارشی‌سازی، می‌توانید طراحی دستگاه را با سطوح مختلفی از اتوماسیون ایجاد کنید — می‌توانید طراحی‌های دستی یک‌باره یا دستگاه‌های کاملاً خودکار متناسب با بیمار را انتخاب کنید. شایان ذکر است که فرآیند طراحی به اندازه خروجی طراحی برای اطمینان از رعایت مقررات اهمیت دارد.
مرحله بعدی تولید است. می‌توانید از پرینت سه بعدی برای تولید مستقیم پروتز استفاده کنید یا به‌طور غیرمستقیم با ایجاد ابزارهای سفارشی برای فرآیند تولید اصلی اقدام کنید. به‌طور کلی، رویکرد مستقیم زمانی گزینه بهتری است که در حال توسعه پروتزهایی با ویژگی‌های طراحی هستید که فقط با تولید افزودنی امکان‌پذیر هستند. با این حال، مقرون‌به‌صرفه بودن رویکرد غیرمستقیم در حجم‌های تولید بزرگ‌تر بهتر است.
در هر دو حالت، پروتز باید پس از تولید، تحت پردازش‌های خاصی قرار گیرد تا تمامی نیازهای عملکردی لازم را برآورده کند یا زیبایی دستگاه را بهبود بخشد.
ر نهایت، می‌توانید دستگاه را به بیمار تحویل دهید. از آنجا که دستگاه با آناتومی و فیزیولوژی بیمار مطابقت دارد، تلاش لازم توسط پزشک برای نصب پروتز باید حداقل باشد.
مزایای فرآیند تولید دیجیتال
اتخاذ فرآیند تولید کاملاً دیجیتال مزایای بسیاری در توسعه قطعات پروتزی ارائه می‌دهد.
برای تولیدکنندگان دستگاه‌های پزشکی، ساخت پروتزهای راحت و با تناسب خوب می‌تواند هزینه‌بر باشد و به متخصصان بسیار ماهر نیاز داشته باشد. با افزایش تقاضا برای محصولات پیچیده‌تر، ارائه‌دهندگان مراقبت‌های بهداشتی همیشه در تلاش هستند تا تولید را کارآمدتر کنند.
تولید دیجیتال می‌تواند با کاهش تعداد فرآیندها و مراحل دستی لازم برای پر کردن شکاف بین محصول و بیمار، به ارائه‌دهندگان مراقبت‌های بهداشتی در این امر کمک کند. با شروع از اسکن، ارائه‌دهندگان می‌توانند مدل‌های دیجیتالی دقیق و سفارشی‌سازی‌شده را برای تولید آماده کنند، که در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌کند. پس از طراحی پروتز، پرینت سه بعدی به شما امکان می‌دهد هندسه‌های پیچیده‌ای تولید کنید که با سایر فناوری‌های تولید غیرممکن است.
فرآیند دیجیتالی‌سازی منجر به کاهش زمان انتظار برای بیمار، تناسب راحت‌تر و سفارشی‌شده، و صرفه‌جویی در زمان و هزینه برای ارائه‌دهنده می‌شود. علاوه بر این، با خودکارسازی این فرآیند، ارائه‌دهنده مراقبت‌های بهداشتی می‌تواند زمان بیشتری را با بیمار سپری کند و برای تناسب و راحتی بهینه‌سازی انجام دهد.
دیجیتالی‌سازی همچنین فرصت‌هایی برای توسعه هندسه‌های جدید ایجاد می‌کند که می‌توانند به راحتی برای برآورده کردن خواسته‌های شخصی بیمار از نظر زیبایی و عملکرد تطبیق داده شوند.
پس از تأیید، طراحی می‌تواند به سرعت تولید و تکرار شود. از سوی دیگر، در فرآیندهای تولید سنتی، ارائه‌دهنده مراقبت‌های بهداشتی اغلب در صورت نیاز به تغییرات، باید از ابتدا شروع کند.
فرآیندهای تولید دیجیتال همچنین به صنعت کمک می‌کنند تا پیشرفت کند، زیرا فرصت‌ها و زمان لازم را برای متخصصان ایجاد می‌کنند تا ایده‌های جدیدی را توسعه دهند و نوآوری کنند.
اتوماسیون طراحی
طراحی دستی دستگاه‌های پروتزی ممکن است به یک روز کاری مهندس ماهر نیاز داشته باشد، که منجر به زمان و هزینه بیشتر می‌شود. با معرفی اتوماسیون طراحی در هر مرحله از توسعه محصول، می‌توانید مقرون‌به‌صرفه بودن پروتزهای خود را بهبود بخشید و چرخه‌های توسعه را به‌طور قابل توجهی کوتاه کنید. در مرحله تحقیق و توسعه، اتوماسیون طراحی به شما امکان می‌دهد به سرعت فضای طراحی موجود را بررسی کنید، متغیرهای مهم طراحی را شناسایی کنید و پارامترها را تثبیت کنید. در پایان این مرحله، باید یک گردش کار طراحی خودکار داشته باشید که تنها به ورودی‌های جدید نیاز دارد تا طراحی‌های جدید و از پیش تأیید‌شده ایجاد کند.
پس از تأیید گردش کار، می‌توانید آن را در یک محیط تولید مستقر کنید. یک رابط کاربری گرافیکی (GUI) به کاربران کم‌تجربه‌تر اجازه می‌دهد تا فرآیند طراحی خودکار را با استفاده از داده‌های خاص بیمار به عنوان ورودی اجرا کنند. سپس می‌توانند نتایج را بررسی و عیب‌یابی کنند بدون اینکه به زمان یا توجه طراحان با تجربه‌تر نیاز داشته باشند. این امر آن‌ها را برای انجام وظایف پیچیده‌تر آزاد می‌کند.
هنگامی که حجم تولید به یک آستانه بحرانی برسد، اتوماسیون از طریق یک محیط برنامه‌نویسی، مقرون‌به‌صرفه بودن را تسهیل می‌کند. به عنوان مثال، اسکریپت‌هایی که روی یک سرور یا در فضای ابری اجرا می‌شوند، می‌توانند از گردش‌کارهای تولید طراحی استفاده کنند تا زمان طراحی و هزینه‌های مرتبط با آن را به حداقل برسانند.
ایجاد ساختارهای شبکه‌ای برای فوم‌های پرینت سه بعدی
ساختارهای شبکه‌ای برای فوم‌های پرینت سه بعدی را می‌توان به‌طور دقیق تنظیم کرد تا استحکام، انعطاف‌پذیری، ضربه‌گیری و جذب ضربه بهتری نسبت به فوم‌های سنتی ارائه دهند. این امر امکان ایجاد طراحی‌های سبک‌تر و راحت‌تر را فراهم می‌کند که برای طیف وسیعی از کاربران مناسب‌تر هستند. ساختار شبکه‌ای همچنین به کاهش مقدار مواد مورد نیاز کمک می‌کند و این امکان را فراهم می‌کند تا پروتزها با هزینه کمتری تولید شوند.
طراحی مبتنی بر داده
استفاده از داده‌های خاص بیمار برای هدایت متغیرهای طراحی، این امکان را فراهم می‌کند تا پروتزهایی متناسب با فیزیولوژی منحصر به فرد هر بیمار ایجاد کنید. این داده‌ها را می‌توان از داده‌های شبیه‌سازی یا اندازه‌گیری‌های مستقیم استخراج کرد. اتوماسیون طراحی به شما امکان می‌دهد تا از این داده‌ها برای ساده‌سازی و مقیاس‌پذیری عملیات طراحی به‌سرعت و به‌طور کارآمد استفاده کنید.
نکات پایانی
- سفارشی‌سازی در پروتزها رایج است، اما گردش کار سنتی به صورت دستی انجام می‌شود و به مهارت و تخصص بالای تکنسین متکی است.
- دستگاه‌های پروتزی که با استفاده از گردش کار دیجیتال تولید می‌شوند، مزایای بسیاری دارند و در حال محبوب‌تر شدن هستند، اما هنوز بخش نسبتاً کوچکی از بازار را تشکیل می‌دهند.
- نرم‌افزارهای پیشرفته طراحی مهندسی مانند nTop می‌توانند به شما کمک کنند تا پتانسیل کامل یک گردش کار کاملاً دیجیتال را درک کنید و طراحی‌های پروتزهای پرینت سه بعدی خود را به‌طور قابل توجهی بهبود بخشید.
