ラティス構造を用いた3Dプリント縦型扁平足パッドのマイクロ発泡フィラメントによる解析

科学分野:

• 生体医工学
• 材料科学
• 装具学および義肢学

背景:

• 扁平足（pes planus）はアーチサポートに影響を与え、痛みを引き起こす可能性がある。
• 従来の装具は、最適なカスタマイズ性や材料特性を提供しない場合がある。
• 3Dプリント技術は、個別化された高度な装具作製に可能性を提供する。

研究 の 目的:

• 多様な材料とラティス構造を用いた3Dプリント縦型扁平足パッドの開発と評価。
• 扁平足装具用途における最も効果的な3Dプリント条件の決定。
• パッド性能に対する材料および構造的変動の影響の調査。

主な方法:

• FDM 3Dプリントによる縦型扁平足パッドの作製。
• 5つのラティス構造（Voronoi、四面体、籠目、菱形、正二十面体）とソリッド構造を使用。
• 熱可塑性ポリウレタン（TPU）、軽量熱可塑性ポリウレタン（LW-TPU）、軽量ポリ乳酸（LW-PLA）材料を使用。
• 静的および歩行条件下での形態学的および圧縮特性を評価し、その後、足底圧分析を実施した。

主要な成果:

• 正二十面体（ICO-H）ラティス構造は優れた強度を示し、一方、Voronoi（VOR）構造はより大きな柔軟性を提供した。
• 軽量ポリ乳酸（LW-PLA）パッドは、足底接触面積を増やすことにより、圧力分布とアーチサポートを強化した。
• 軽量熱可塑性ポリウレタン（LW-TPU）パッドは、局所的な荷重を軽減し、アーチサポートを改善した。

結論:

• LW-PLAを用いた3Dプリント縦型扁平足パッドは、接触面積を効果的に改善し、中足部の圧力を再分配した。
• LW-TPU 3Dプリントパッドは、局所的な荷重を軽減し、アーチサポートを強化する上で優れた結果をもたらした。
• 正二十面体ラティスとLW-PLAデザインの組み合わせは、扁平足治療におけるアーチ安定化に最も効果的であることが証明された。