研究者設計發展流程

受試者為一名 26 歲成年男性，患有先天性腦性麻痺導致下肢肢體障 礙，目前使用一雙傳統高溫石膏取模的 AFO(如圖 4-1)，約三年多前(2015 年)自費購買，於新北市某市立醫院製作，單支價格約八千多；從前往醫 院輔具工作室一對一進行評估取模，由當時的輔具師建議採用較耐用的 後置型 AFO，從取模到領取完成品歷時三週多。

根據主訴得知傳統 AFO 有部分缺點，例如：體積龐大、束縛感重、

需額外購買大一號的鞋子作搭配，保留兩指幅寬的彈性空間以利包覆 AFO 和肢體以及約診流程繁瑣複雜；因此平日不喜歡穿戴 AFO，也無針 對其使用期限或變形的問題，前往醫院接受再評估與調整。

本研究共產出四雙 3D 列印 AFO，分別編號命名為 3DAFO NO.1、

3DAFO NO.2、3DAFO NO.3 以及 3DAFO NO.1，列印參數可詳見「附錄 六」、「附錄七」、「附錄八」與「附錄九」，製作過程敘述如下：

68

圖 4-1 受試者自費購入之傳統踝足支架

壹、掃描受試者下肢與繪製 3D 列印 AFO 模型

1. 利用STRUCTURE SENSOR ios 3D掃描器，掃描受試者雙側小腿形狀，

掃描器攜帶方便，可以彈性選擇取模的場所，抑或是直接做居家服務，

節省個案舟車勞頓的成本。

(1) 站姿下，受試者撐扶著牆壁，由研究者確認腳底板貼合地板，且將 腳踝調整至正中姿勢後，360度掃描小腿前後側、腳背、腳踝內外側與 腳後跟。

(2) 坐姿下，受試者將下肢放置於一桌面上，腳踝呈放鬆狀態，掃描腳 踝內外側與腳底板。

2. 將掃瞄到的形狀透過STRUCTURE SENSOR專屬軟體匯入電腦中，裁 去多餘的掃描區域和固化面積，留下能夠以3D列印繪圖軟體的模型。

3. 使用3D繪圖軟體畫出適合參與者的AFO，繪製過程如下：

(1) 使用軟體Autodesk Meshmixer開啟受試者下肢模型檔案，另外將

69

鞋墊模型圖檔(如圖4-2)匯入於操作畫面，調整位置與大小，經過裁 切校正後合體為單一模型檔案。其中鞋墊模型圖檔除了能透過部分 網路素材庫取得外，也可嘗試直接掃描正常人的腳底模型作為替 代，又或使用Designspark Mechanical軟體自行繪製鞋墊圖檔後，後 續使用副木襯墊補強。本研究採用直接從網路素材庫Thingiverse取得 (“3D Systems,” 2018)，簡化製作流程且維持每雙3D AFO的一致性。

圖 4-2 鞋墊 3D 圖檔模型

(2) 利用select按鍵直接於合體後的模型上塗製AFO形狀與範圍，為了 維持研究過程的一致性，使用預試個案相同的繪製方式，腳底板的範 圍只取到腳掌前三分之二，約略是蹠骨頭(metatarsal head)的位置。

(3) 使用smooth boundary將容易粗糙的塗製範圍邊界連續圓弧化，接 著用separate指令將塗製好的AFO薄殼分離開，進行下一步的參數設定。

(4) 使用extrude將薄殼均化擠出AFO可穿戴的厚度，本研究第一組繪 製模型的厚度為3mm，也是3DAFO NO.1、NO.2和NO.3三雙的厚度；

3DAFO NO.4的厚度為8mm。

(5) 將原始模型與繪製的AFO分離成個別物件並儲存，方便後續若需 要修正調整可再行使用。

(6) 由於電腦軟體繪製出的物件邊緣大多會出現銳利角的問題，因此 可再選取軟體中的smooth功能將其光滑平整化，避免造成穿戴者的不

70

適感，平滑化參數(smooth scale)大多設為0.4。本研究3DAFO NO.1、

NO.2和NO.3三雙的參數皆為0.4，而NO.4則因為擠出厚度增加為8mm，

故將參數提高成0.5。

(7) 將物件匯出成STL檔案，利用Cura 3D Slicing softwate設定各項列 印參數、預覽模擬列印、轉存為gcode檔後放進3D列印機CR-10製作。

本研究的第一雙3DAFO跟預試個案的列印方向相同，採取0度平躺的 列印方向製造。

(8) 列印好的成品先拆除支撐材、使用砂紙和銼刀磨平粗糙處，最後 搭配副木襯帶，讓3D列印AFO可實際穿戴於腳上。

貳、3DAFO 列印與施測過程記錄

下方分別呈現四組 3DAFO 的列印時間、平均重量、Cura 切片軟體 主要參數、穿戴次數與穿戴情形：

一、3DAFO NO.1 研究過程記錄

左腳列印時間為 18 小時 25 分，重量 195 公克、右腳列印時間為 20 小時 47 分，重量 165 公克。

1. 主要參數設定： Autodesk Meshmixer 模型繪製厚度為 3mm、擠出方 向為 Normal、模型邊緣圓滑化(smooth scale)設定值為 0.4；Cura 切片 軟體設定列印方向為 0 度(平躺)、填充密度 100%、噴頭溫度 196 度、

熱床溫度 50 度、支撐類型採用全部支撐、支撐臨界角 60 度、平台附 著類型為底層邊線、支撐密度 15%、打印材料直徑 1.75mm、打印材 料擠出量 100% ，其他參數設定和支撐材模擬圖詳見附錄六。

2. 穿戴次數：處理期 B1，共一回。

3. 施測情形：如圖 4-3 所示，右腳 AFO 在腳底板有兩處斷裂，而左腳 AFO 腳底板則有一處斷裂。由於 NO.1 的列印方向為 0 度平躺，斷裂

71

處剛好與列印層方向平行重疊，所以應力折斷，因此決定改變 NO.2 的 列印方向。

圖 4-3 3DAFO NO.1 二、3DAFO NO.2 研究過程記錄

左腳列印時間為 22 小時 30 分，重量 215 公克、右腳列印時間為 20 小時 50 分，重量 210 公克。

1. 主要參數設定與調整：除了 Cura 切片軟體設定列印方向為斜躺 30 度 外，主要數值設定與3DAFO NO.1 皆相同。其他參數設定和支撐材模 擬圖詳見附錄七。

72

2. 穿戴次數：處理期 B2、B3 和 B4，共三回。

3. 施測情形：如圖 4-4 所示，右腳 AFO 在腳底板仍有一處斷裂，而左腳 AFO 腳底板除了有兩處斷裂，在阿基里斯腱上方位置也有斷裂，而且 斷裂面呈現不平整不規則的狀況。此回施測推論 30 度斜躺的列印方 向並不妥當，雖然右腳腳底板的斷裂處減少了，但卻造成左腳斷裂位 置的增加，顯然列印方向的確會影響成品強度，因此決定再度改變 NO.3 的列印方向。

圖 4-4 3DAFO NO.2 三、3DAFO NO.3 研究過程記錄

左腳列印時間為 16 小時 18 分，重量 220 公克、右腳列印時間為 15 小時 44 分，重量 205 公克。

73

1. 主要參數設定與調整：除了 Cura 切片軟體設定列印方向為斜躺 45 度 外，主要數值設定與3DAFO NO.1 皆相同。其他參數設定和支撐材模 擬圖詳見附錄八。

2. 穿戴次數：處理期 B5 和 B6，共兩回。

3. 施測情形：如圖 4-5 所示，右腳 AFO 經過兩回施測尚無斷裂，而左腳 AFO 的斷裂情形和 NO.2 十分雷同，且斷裂面依舊呈現不平整不規則 的狀況。雖然從右腳可以得知列印方向改為 45 度，的確大幅增加強 度，但無法確切推論經過下一回的施測不會如同NO.2 一樣出現斷裂，

因此需要調整 NO.4 的設定。

圖 4-5 3DAFO NO.3

74

從0 度、30 度和 45 度三種列印方向的 AFO 可以看出，左腳的斷裂 情形比右腳來得嚴重，推論可能因素為受試者左腳存在的異常肌肉張力 較大，執行動作時容易產生的肌肉代償、重心轉移位置大多在外側，加 上受試者體重比預試個案多上 15 公斤，所以強度仍不足以支撐，必須從 AFO 本身的厚度下去著手設計。

四、3DAFO NO.4 研究過程記錄

受試者原先擁有的傳統 AFO 厚度為 5.5mm 左右，若加上內側的支 撐墊則約有 8mm 的厚度，因此 NO.4 依據前面三雙同樣的軟體操作順序 來重新繪製，也同樣為 8mm 的厚度。

由於厚度較前三雙增加不少，所以列印時間也延長許多；另外，起 初 NO.4 的預定列印方向與 NO.3 相同為斜躺 45 度，但是 3D 列印機 CR-10 的平台大小有限制，即使擺放位置為平台對角線也無法容納體積變大 的 NO.4，所以最後採取斜躺 60 度的列印方向。

左腳列印時間為 47 小時 49 分，重量 535 公克、右腳列印時間為 46 小時 27 分，重量 530 公克。

1. 主要參數設定與調整：Autodesk Meshmixer 模型繪製厚度為 8mm、擠 出方向為 Normal、模型邊緣圓滑化(smooth scale)設定值為 0.5；Cura 切片軟體設定列印方向為斜躺 60 度、填充密度 100%、噴頭溫度 196 度、熱床溫度50 度、支撐類型採用全部支撐、支撐臨界角 60 度、平 台附著類型為底層邊線、支撐密度 15%、打印材料直徑 1.75mm、打 印材料擠出量 100% ，其他參數設定和支撐材模擬圖詳見附錄九。

2. 穿戴次數：處理期 B7、B8、B9、B10 和 B11，共五回。

4. 施測情形：如圖 4-6 所示，不論是左腳或是右腳 AFO，經過五回施測 都沒有斷裂的情形出現，

75

圖 4-6 3DAFO NO.4

秤重 3DAFO 的指針式磅秤如圖 4-7，四組 3DAFO 各項主要參數如 表4-1 所呈現。

圖 4-7 指針式磅秤

76

77