基于SLS工艺尼龙假脚的结构设计

吴 涛，张锦光

(1.武汉理工大学 机电工程学院，湖北 武汉 430070；2.湖北省康复辅具技术中心，湖北 武汉 430070)

下肢假肢的发展主要围绕改善步态、保证站立和行走稳定性、减少体能消耗等进行的，早期着重研究接受腔、关节、仿生脚等以接近正常行走步态，当下随着新材料和技术的应用，更多的研究向轻量化、智能化、个性化的方向发展[1]。假肢轻量化有助于节省体力、延长穿戴者的连续活动时间，借助选区激光烧结(selective laser sintering, SLS)技术成型的一体式尼龙小腿假肢相比传统组装假肢减重近50%，有助于患者追求更高质量的生活。由于下肢假肢的设计对患者体重、活动量和残肢条件有很强的依赖性，每一具下肢假肢都要根据患者情况量身定做，目前基于经验设计的SLS打印尼龙小腿假肢强度校核都是通过反复临床实验来完成，遇到足底前掌开裂或弹性不足的情况时，需要重新设计和打印，制造成本较高。目前，国内外对尼龙SLS成型工艺相关的研究有制件成型精度、材料力学性能、尼龙材料改性等方面的基础研究[2-5]，也有矫形器、假肢装饰外壳等应用方面的结构优化研究[6-8]，而针对有承重要求的下肢假肢应用方面缺乏综合研究。为解决反复打印假肢生产过程成本高、工作量大的问题，笔者通过优化主要打印工艺参数，验证材料力学性能，对假脚进行特定工况的仿真分析、结构设计及实验验证，总结出一种基于SLS成型工艺的尼龙假脚结构设计方法，进而为提升设计效率、降低打印成本提供参考数据。……