3D-skanning og 3D-printing som metode for produksjon av prøvehylser til overekstremiteter
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2461320Utgivelsesdato
2017Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Master's theses (RealTek) [1853]
Sammendrag
Den tradisjonelle metoden å produsere prøvehylser til proteser på innebærer en gipsavstøpning av amputasjonsstumpen før oppvarmet, gjennomsiktig termoplast trekkes over gipsavstøpningen ved hjelp av vakuum. Prosessen tar lang tid og krever at pasienten besøker klinikken flere ganger før prøvehylsen er klar. Målet med oppgaven er å avdekke om 3D-skanning og 3D-printing kan lønne seg tids- og kostnadsmessig som metode for produksjon av prøvehylser til overekstremiteter, samtidig som det gir et godt sluttprodukt.
Oppgaven omfatter en grunnleggende forklaring av anatomien og biomekanikken i armen. Videre er den tradisjonelle metoden for produksjon av proteser og prøvehylser studert. Kravene til prøvehylser og 3D-printere er avdekket og det gis en presentasjon av aktuelle 3D-skannere og 3D-printere. Det er gjort en vurdering av hvilke materialer som egner seg og hvilke 3D-skannere og 3D-printere som kan være aktuelle.
3D-skanning av en pasients amputasjonsstump er utført, og tre 3D-printede prøvehylser er produsert og testet på pasienten. Det er gjort en tids- og kostnadsanalyse av hvorvidt det kan lønne seg å bruke 3D-skanning og 3D-printing som metode for produksjon av prøvehylser før resultatene til slutt presenteres og diskuteres.
Sammenlignet med tiden det tar å produsere en prøvehylse på tradisjonell måte tar 3D-printing av prøvehylser for lang tid. Tiden det tok å 3D-printe en prøvehylse til en kort underarmsstump varierte mellom 3 og 18 timer, avhengig av 3D-printermetode. Trekking av tilsvarende prøvehylser på tradisjonell måte tar omtrent 1 time, inkludert avkjøling av plasten og at gipsen slås ut. Sluttresultatet ved 3D-printing er ikke like godt som ved tradisjonell metode da materialene ikke er tilstrekkelig gjennomsiktige etter 3D-printing og noen av 3D-printermetodene ikke gir tilstrekkelig god overflatekvalitet. En del av 3D-printerne og materialene som benyttes er dyre sammenlignet med utstyret og materialene som brukes ved tradisjonell metode. Så lenge aktuelle 3D-printere er like dyre som nå, er de ikke konkurransedyktige når det kommer til pris.
Materialet som benyttes bør være en termoplast for at funksjonen skal være lik som hos en tradisjonell prøvehylse. Av termoplastene vurdert i oppgaven, er det PC som er mest aktuell. Med termoplast som materiale må 3D-printeren være en FDM/FFF-printer. Ulempen med en slik printer er at den gir dårligere gjennomsiktighet og overflatekvalitet sammenlignet med en tradisjonell prøvehylse. Programvarene som benyttes av ortopediingeniører ved 3D-skanning av pasienter er for det meste utviklet for underekstremiteter. For at 3D-skanning og 3D-printing skal bli en foretrukket metode å bruke ved produksjon av prøvehylser til overekstremiteter må materialene, 3D-printerne og programvarene utvikles spesielt til dette formålet. Test sockets for prosthesis have traditionally been produced by first making a plaster cast of the residual limb then a transparent sheet of plastic has been formed over the plaster model with use of vacuum. The process is time consuming and requires several visits to the clinic for the patient before the test socket is ready. The purpose of this thesis is to reveal if 3D-scanning and 3D-printing can be a time and cost efficient way of producing good quality test sockets.
The thesis includes a basic explanation of the anatomy and biomechanics in the upper limb. Furthermore, the traditional production methods for prosthesis and test sockets are studied. The requirements for test sockets and 3D-printers is determined, and a presentation of relevant 3D-scanners and 3D-printers is given. An evaluation is done with regard to which materials, 3D-scanners and 3D-printers that are suitable.
A 3D-scanning of a patient’s residual limb has been done, and three 3D-printed test-sockets are produced and tested on the patient. A time and cost analysis is performed to see if 3D-scanning and 3D-printing can be an effective way of producing test sockets. In the end, the results are presented and discussed.
3D-printing of test sockets are too time consuming compared to the traditional method. The time it took to 3D-print a test socket for a short, below elbow amputee varied from 3 to 18 hours, depending on the 3D-printing method applied. Correspondingly, production of a test socket in the traditional way, using a plastic sheet, takes about 1 hour, including cooling of the plastic and destroying the plaster cast. The result obtained when using a 3D-printer is not as good as when using the traditional method. The materials are not sufficiently transparent after 3D-printing and some of the 3D-printing methods do not give a good enough surface quality. Some of the 3D-printers and the material required are expensive compared to the equipment and materials used traditionally. As long as 3D-printers are as expensive as they are today, they are not competitive when it comes to price.
In order to obtain the same functions as a traditional test socket, the material used should be a thermoplastic one. Of the materials evaluated in this thesis, PC is the most relevant one. The 3D-printer must be FDM/FFF to be able to use thermoplastic. The disadvantage using FDM/FFF is that it gives bad transparency and surface quality compared to a traditional test socket. The software used by prosthetists when 3D-scanning a patient is mostly developed for use with lower extremities. To make 3D-scanning and 3D-printing the preferred method to produce test sockets for upper extremities, both the materials, 3D-printers and software should be developed for this purpose specifically.