增材制造(Additive Manufacturing, AM)近年来已从主流医疗应用拓展至视觉辅助设备领域,为个性化定制、低成本生产及快速原型开发提供了新契机。本综述系统梳理了针对视障人群的3D打印解决方案的设计及临床/临床前应用相关研究,涵盖盲文材料、触觉标签、地图与象形图、教育工具及移动辅助设备等方向。研究中最常用的技术包括熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling, FDM)、立体光固化成型(Stereolithography, SLA)及材料喷射(Material Jetting, MJ);常用材料为聚乳酸(Polylactic Acid, PLA)和热塑性聚氨酯(Thermoplastic Polyurethane, TPU),其选取兼顾耐用性、触觉舒适度与经济性。研究结果表明,当满足触觉尺寸要求时,3D打印盲文材料的可读性与传统压印标准相当;触觉标签可支持视障者独立获取药品与衣物信息,地图与象形图有助于提升空间定向与环境导航能力;三维教育模型能提高视障学生在科学、技术、工程与数学(Science, Technology, Engineering, and Mathematics, STEM)领域的参与度;面向移动性的适配设计(如定制化盲杖头、传感器外壳)则提升了出行安全性与自主性。该领域的突出优势包括成本低廉、可适配个体需求及与数字设计工作流无缝整合。但仍存在局限:打印分辨率不足影响盲文精度、可穿戴部件长期耐用性有限,且非侵入式辅助设备缺乏统一的监管框架。综上,现有证据表明增材制造有望显著拓展经济型、可定制化视觉辅助技术的供给,补充传统制造模式,满足教育、日常生活及移动性领域尚未被充分覆盖的用户需求。
《Macromolecular Symposia》刊载的这篇综述聚焦增材制造(Additive Manufacturing, AM)在视觉辅助设备领域的应用进展。当前,视障人群在信息获取、空间定向与独立移动方面面临多重挑战,传统辅助设备生产存在个性化不足、成本高昂等问题。尽管AM技术已在医疗康复领域逐步普及,但其在视觉无障碍方向的系统性研究仍较匮乏,现有应用受限于标准化缺失与临床验证不足,亟需全面梳理技术发展路径与应用潜力。
研究人员开展了系统的文献计量分析与主题综述。通过Web of Science核心合集检索2005–2025年相关文献,最终纳入161篇有效研究,结合VOSviewer软件进行关键词共现、作者合作与国家/地区贡献分析,并按应用场景分类归纳技术特征与实证结果。
在技术方法层面,研究人员采用高级检索策略,以“3D printing”“device”“low vision”等为检索词限定学科范围与时段,导出文献数据后通过VOSviewer执行关键词聚类(最小频次3次)、作者合作网络(最小发文量2篇)及国家/地区产出分析,同时对纳入文献的应用类型、所用AM工艺与材料进行编码统计。
研究结果部分,首先,文献时序分析显示,2007–2010年仅零星出现针对触觉模型与教育材料的探索,2015年后随着熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling, FDM)打印机普及与聚乳酸(Polylactic Acid, PLA)等可降解耗材成本下降,相关发文量显著增长。其次,主题分类表明,38%的研究集中于触觉与盲文材料,重点关注点阵高度、间距优化及盲文符号、触觉地图的精准复现;32%聚焦三维教育模型与STEM教具,通过几何结构、人体器官等实体模型提升视障学生复杂概念的学习效率;22%围绕移动与定向设备,涵盖智能盲杖、传感器外壳、触觉护目镜及便携式警示系统;剩余8%涉及手势识别接口、聋盲双重障碍辅助及通用设计适配。第三, scientometric分析揭示,FDM技术占比超60%,SLA与MJ多用于精细结构与复杂原型;材料选择以PLA为主,TPU则用于柔性触感部件。美国(58篇)、中国(33篇)为发文主力,德国、韩国、英国等国侧重触觉模型与教育测试,国际合作集中于材料优化与可穿戴设备传感器集成。高影响力文献中,4D打印与柔性电子器件成为新兴方向,同时研究也指出分辨率限制、流程标准化缺失等行业共性挑战。
讨论与结论部分,研究人员指出AM通过融合个性化定制、低成本与数字设计整合优势,已形成三大核心应用方向:盲文与触觉材料制备、三维教育模型开发、移动定向设备设计。高频关键词“触觉(tactile)”“辅助(assistive)”“移动性(mobility)”等反映出研究向用户中心范式转变。当前技术体系仍以FDM与PLA/TPU组合为主,但传感器集成、触觉可读性优化及跨学科协作正成为发展趋势。总体而言,增材制造已具备成熟度与适应性,可为提升视觉无障碍水平提供坚实支撑,并为通用设计与辅助移动技术的未来发展奠定基础。