根据世界卫生组织统计数据，全球有上千万人需要假肢。预计到2050年，这一人口将翻一番。根据国家和年龄组的不同，70%需要假肢的人涉及下肢。目前，大多数下肢截肢患者无法获得高质量的纤维增强复合材料假肢，因为其复杂的手工制造过程导致成本高昂。大多数碳纤维增强聚合物（CFRP）足部假肢是通过手工将多层预浸料层叠到模具中，然后在热压罐中固化，再进行修剪和铣削制成的，手工程序非常昂贵。
随着科技的发展，复合材料自动化制造设备的引入有望大幅降低成本。纤维缠绕技术作为一种关键的复合材料制造工艺，正在改变高性能复合材料假肢的生产方式，使其更加高效和经济。
什么是纤维缠绕技术？
纤维缠绕是一种将连续纤维缠绕在旋转的模具或心轴上的工艺。这些纤维可以是预先浸渍了树脂的预浸料，也可以在缠绕过程中通过树脂进行浸渍。纤维按照特定的路径和角度缠绕，以满足设计要求的变形及强度条件。最终，缠绕好的结构在固化后形成轻质且高强度的复合材料部件。
纤维缠绕技术在假肢制造中的应用
（1）高效生产：纤维缠绕技术实现了自动化和精确控制，使得假肢的生产速度大大提高。与传统手工制作相比，纤维缠绕可以在短时间内生产出大量高质量的假肢部件。
（2）降低成本：由于生产效率的提升和材料利用率的提高，纤维缠绕技术可以显著降低假肢的制造成本。据报道，采用这种技术可以使假肢的成本降低约50%。
（3）提升性能：纤维缠绕技术能够精确控制纤维的排列和方向，从而优化假肢的力学性能。采用碳纤维增强复合材料（CFRP）的假肢不仅轻便，而且具有极高的强度和耐用性。
（4）可持续性：高效的生产过程和材料利用率使纤维缠绕技术更具环保优势。此外，复合材料假肢的耐用性和轻量化特性有助于减少资源浪费和使用者的能量消耗。
随着纤维缠绕技术的不断进步，其在假肢制造中的应用前景更加广阔。未来，可以期待更加智能化的生产系统，更加多样化的材料选择，以及更加个性化的假肢设计。纤维缠绕技术将继续推动假肢制造行业的发展，为全球数百万需要假肢的人们带来福音。
碳纤维复合材料：骨科假肢的理想材料
在过去的5至10年中，在假体生产中使用碳纤维复合材料和轻金属合金是技术上的最大飞跃。现代假肢设备可帮助成千上万的人至少部分补偿其缺失的肢体并过上高质量的生活。一些用户从事体育活动，甚至打破记录。在选择用于制造义肢的材料时，碳纤维/环氧复合材料因其众多因素而脱颖而出，包括抗张强度和抗压强度，模量，抗冲击性，耐疲劳性，比重，易于制造等，卫生和美学因素。得益于碳复合材料假肢，全世界成千上万的人生活得更好，更充实。
国外研究进展
Steptics是一家领先的假肢制造公司，通过工业化生产CFRP假肢，每天能够生产数百个部件，极大地提升了假肢的可及性。该公司利用纤维缠绕技术，不仅提高了生产效率，还降低了制造成本，使更多有需要的人能够负担得起高性能的假肢。
Steptics的碳纤维复合材料假肢制作工艺如下：
（1）首先使用纤维缠绕来制造一个大的成形管，如下图所示，纤维采用的东丽的T700型碳纤维。
（2）将管固化成型之后的管件切成多段（左下），然后将每一段再切成两半（右下），得到半成品零件。
（3）后期加工，对半成品零件进行单独加工，在这个过程中，还引入了AI辅助定制技术，以根据截肢者的个人情况调整几何形状和刚度等性能。
小科普：如何选不同材料制成的的假肢
1、功能需求：首先确定使用假肢的具体功能需求，例如支撑重量、运动灵活度、耐磨性等。根据需求选择材料，如碳纤维、聚乙烯、锆合金等。
2、轻量化：假肢需要轻量化以提供更好的舒适感和灵活度。选择轻质材料，如碳纤维、聚合物材料等。
3、强度和耐久性：假肢需要具备足够的强度和耐久性，能够承受日常使用以及特殊运动或活动带来的负荷。选择强度高的材料，如钛合金、锆合金等。
4、人体相容性：选择对人体相容性好的材料，避免引起过敏或不适症状。医用级的聚合物材料通常较为理想。
5、制造成本和可行性：考虑选择材料的制造成本和可行性，包括材料成本、加工工艺和现有技术设备等方面。在可行范围内选择质量和成本平衡的材料。
综合以上因素，需向专业医疗设备制造商、工程师或康复专家寻求建议，并根据个人需求和医生建议进行选择。
文章来源： 英特力新材料，每日产经事，复合材料力学
原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_550992.html
来源：贤集网
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
