CN111265355A - 一种定制化3d打印透气性前臂固定支具的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，利用三维扫描技术对目标对象的健侧进行三维扫描建模，通过逆向工程软件将健侧进行镜面处理，设计出目标对象的患侧模型，并对患侧模型进行局部的拉伸处理、表面加工修饰、曲面裁剪、内外侧倒置、实体化、有限元分析和镂空设计等设计。最后通过3D打印设备将该透气性前臂固定支具进行3D打印。该定制化3D打印透气性前臂固定支具采用3D打印技术，根据不同目标对象手臂定制适合目标对象的前臂固定支具。且该固定支具采用部分镂空的设计，增加支具的透气性，同时还能通过镂空处实时跟踪观察目标对象的患侧手臂的康复情况，便于目标对象患侧的康复。
Description
技术领域
本发明涉及康复矫形器材技术领域，特别涉及一种定制化3D 打印透气性前臂固定支具的制备方法。
背景技术
对于手臂前臂骨折的目标对象，临床上常使用传统的石膏绷带对目标对象损伤的手臂前臂进行固定。现有的石膏绷带固定技术，由于所使用的石膏为高分子的石膏，石膏在绷带的固定下，存在石膏不透气、固定过程繁琐等问题。尤其在炎热天气中，由于石膏不易拆卸，不能及时清洁石膏内的手臂，容易造成细菌的滋生，进而造成皮肤瘙痒、压疮、皮肤溃疡等并发症，不利于目标对象手臂的康复。
石膏制作的手臂固定支具制备虽然简便，但是制备的石膏模具容易出现内部不光滑，容易造成目标对象手臂的二次伤害，不利于目标对象的康复。
使用石膏绑带固定的操作也相对繁琐，操作不规范时容易发生缠绕过紧的情况，影响目标对象手臂的血液流通，容易导致骨筋膜室综合症、费用性骨质疏松和关节僵硬等。
因此针对现有技术不足，提供一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法以解决现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法。该定制化3D打印透气性前臂固定支具采用3D打印技术，根据不同目标对象手臂定制适合目标对象的前臂固定支具。该固定支具采用部分镂空的设计，增加支具的透气性，同时还能通过镂空处实时跟踪观察目标对象的手臂情况，便于目标对象的康复。
本发明的上述目的通过以下技术措施实现：
提供一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法,该制备方法通过以下步骤实现：
1.1通过体表三维扫描目标对象的健侧，获得健侧上肢模型原始文件，并将健侧上肢模型导入到Geomagic Studio逆向工程建模软件中。
1.2在Geomagic Studio逆向工程建模软件中，使用镜像处理获得目标对象的患侧模型。
1.3将目标对象的患侧模型文件导入Materialise 3-matic Research逆向工程建模软件中，对模型进行局部的拉伸处理，获得拉伸模型。
1.4将拉伸模型再次导入Geomagic Studio中，对模型表面进行加工修饰，删除凹凸不平的掌面，根据模型曲率的变化进行曲率填充，并对整个模型进行光顺处理，获得光顺处理后的模型。
1.5对光顺处理后的模型采用曲线裁剪，光顺处理后的模型侧面裁剪高度范围为光顺处理后模型的1/2至2/3高度，前臂位置裁剪至肘横纹距离横纹的2/3处的位置。
1.6对裁剪后的模型进行内外侧面倒置，获得内侧光顺的支具模型。
1.7将内侧光顺的支具模型文件导入MaterialiseMagics建模软件中，将模具进行“实体化”，并根据实际需求设置支具模型的厚度，支具模型的厚度范围设置为3-4mm，获得实体模型。
1.8对实体模型进行有限元分析，获取支具模型的力学信息，获得有限元分析后的模型，将有限元分析后的模型文件导入 Unigraphics NX软件里，对模型的掌面部分和前臂掌面部分进行镂空设计，获得镂空模型。
1.9将镂空模型文件导入到3D打印成型设备中，在进行3D 打印前对镂空模型进行支撑生成，支撑生成后打印模型。
优选的，在步骤1.1中，三维扫描方式为激光式、光栅式中的一种。
优选的，在步骤1.3中，拉伸模型的局部拉伸为将小指拉长至无名指的高度，虎口处往外拉伸，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸，手掌面拉平处理。支具模型的虎口处和前臂部分的边缘外翻。五个手指的边缘拉长的范围为3-7mm，虎口处往外拉伸的范围为 3-7mm，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸的范围为3-7mm。
优选的，在步骤1.4中，光顺处理为对局部和周边特征不相称的地方选择去除特征。
优选的，在步骤1.8中，镂空设计的图案为花纹镂空，镂空孔径大小根据模型实际大小而定。
本发明的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，利用三维扫描技术对目标对象的健侧进行三维扫描建模，通过逆向工程软件将健侧进行镜面处理，设计出目标对象的患侧模型，并对患侧模型进行局部的拉伸处理、表面加工修饰、曲面裁剪、内外侧倒置、实体化、有限元分析和镂空设计等设计。最后通过3D 打印设备将该透气性前臂固定支具进行3D打印。该定制化3D打印透气性前臂固定支具采用3D打印技术，根据不同目标对象手臂定制适合目标对象的前臂固定支具。且该固定支具采用部分镂空的设计，增加支具的透气性，同时还能通过镂空处实时跟踪观察目标对象的患侧手臂的康复情况，便于目标对象患侧的康复。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法实施例1的实施流程示意图。
图2是本发明定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法实施例1中对健侧模型进行镜像处理的示意图。
图3是本发明定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法实施例1设置有厚度的支具模型。
图4是本发明定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法在实施例1的3D打印成品效果图。
图5是本发明定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法在实施例1镂空设计的图案。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1。
一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法,如图1 所示，该设计方法通过以下步骤实现：
1.1通过体表三维扫描目标对象的健侧，获得健侧上肢模型原始文件，并将健侧上肢模型导入到Geomagic Studio逆向工程建模软件中。
本实施例中的体表三维扫描采用的三维扫描方式为光栅式扫描，光栅式三维扫描可以实现更加精密的扫描，医学上常使用使用光栅式三维扫描是本领域的公知常识，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明的体表三维扫描方式可以为光栅式扫描，也可以为激光式，具体的实施方式根据实际情况而定。
1.2在Geomagic Studio逆向工程建模软件中，使用镜像处理获得目标对象的患侧模型。
具体的，在Geomagic Studio逆向工程建模软件中，点击“工具”模块后，选择“镜像-拾取平面-XZ平面”，点击“应用”，可获得健侧的镜像模型，即为患侧的模型。
如图2所示，将目标对象的健侧通过镜像处理后，得到目标对象的患侧模型，无需对目标对象的患侧进行扫描，减少了目标对象患侧扫描的麻烦。
1.3将目标对象的患侧模型文件导入Materialise 3-matic Research逆向工程建模软件中，对模型进行局部的拉伸处理，获得拉伸模型。
具体的，在Materialise 3-matic Research逆向工程建模软件中，选择“Finish-Push and Pull”，对目标对象的患侧模型进行拉伸。
进一步具体的，拉伸模型的局部拉伸为将小指拉长至无名指的高度，虎口处往外拉伸，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸，手掌面拉平处理。支具模型的虎口处和前臂部分的边缘外翻。五个手指的边缘拉长的范围为3-7mm，虎口处往外拉伸的范围为 3-7mm，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸的范围为3-7mm。
将目标对象的患侧模型进行拉伸，为避免和支具边缘接触皮肤形成压痕，减少皮肤溃疡的发生，为目标对象的患侧与支具之间预留空间，避免了目标对象患侧对支具边缘接触皮肤形成压痕，影响目标对象的患侧康复。
1.4将拉伸模型再次导入Geomagic Studio中，对模型表面进行加工修饰，删除凹凸不平的掌面，根据模型曲率的变化进行曲率填充，并对整个模型进行光顺处理，获得光顺处理后的模型。
具体的，在Geomagic Studio软件中，选择“多边形模块”，对模型表面进行加工修饰，先删除凹凸不平的掌面，然后根据模型曲率的变化进行曲率填充，即对模型凹凸不平的曲率进行修补。最后对整个模型进行光顺处理，使整个模型看起来自然美观。
1.5对光顺处理后的模型采用曲线裁剪，光顺处理后的模型侧面裁剪高度范围为光顺处理后模型高度的1/2至2/3，前臂位置裁剪至肘横纹距离横纹的2/3处的位置。
对模型进行裁剪，除去不平的模型的曲线，同时还可以节省模型的制作材料。
1.6对裁剪后的模型进行内外侧面倒置，获得内侧光顺的支具模型。
将支具模型内外侧面倒置，将光顺处理后的的支具光顺的一侧作为与目标对象患侧相接触的内侧，避免凹凸不平的表面对目标对象患侧皮肤的伤害。
1.7将内侧光顺的支具模型文件导入MaterialiseMagics建模软件中，将模具进行“实体化”，并根据实际需求设置支具模型的厚度，如图3所示，支具模型的厚度范围设置为3-4mm，获得实体模型。
将模具实体化，并设置模具的厚度范围，使生产后的模具具有一定的承受压力，不易损坏。
1.8对实体模型进行有限元分析，获取支具模型的力学信息，获得有限元分析后的模型，将有限元分析后的模型文件导入 Unigraphics NX软件里，对模型的掌面部分和前臂掌面部分进行镂空设计，如图4所示，获得镂空设计后的模型。
如图5所示，本实施例的镂空形状为花瓣形状的镂空设计。
需要说明的是，本发明的镂空模型中镂空部分形状可以设置为花瓣形状的镂空设计，也可以设置为圆形、矩形、三角形、扇形等其他多边形的形状镂空设计，具体的实施方式根据实际情况而定。
1.9将镂空模型文件导入到3D打印成型设备中，在进行3D 打印前对镂空模型进行支撑生成，支撑生成后打印模型。
本发明采用3D打印成形的方法来制造透气性前臂固定支具，实现透气性前臂固定支具的直接成型，节省时间成本的同时还克服了传统制造工艺高成本、工序繁琐等不足。
需要说明的是，本实施例中，所采用的3D打印材料为透明的材料进行打印。制作出透明的固定支具，在目标对象佩戴后，可以实时跟踪观察目标对象患侧是否受压以及康复情况。
本实施例中定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，利用三维扫描技术对目标对象健侧进行扫描建模，通过逆向工程对健侧进行镜面处理，设计出目标对象的患侧模型，并对患侧模型进行拉伸、表面加工修饰、曲面裁剪、内外侧倒置、实体化、有限元分析和镂空设计等设计。最后通过3D打印设备将该透气性前臂固定支具进行3D打印。该定制化3D打印透气性前臂固定支具采用3D打印技术，根据不同目标对象手臂定制适合目标对象的前臂固定支具。该固定支具通过有限元分析后，对该固定支具采用部分镂空的设计，增加支具的透气性，同时还可以通过镂空处实时跟踪观察目标对象的手臂情况，便于目标对象患侧的康复。
实施例2。
一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其它特征与实施例1相同，不同之处在于，手指的边缘拉长5mm，虎口处往外拉伸5mm，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸5mm，支具模型的厚度设置为3mm。
本实施例是以一个支具模型手指的边缘拉长5mm、虎口处往外拉伸5mm、桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸5mm、支具模型的厚度设置为3mm的定制化3D打印透气性前臂固定支具为例。
需要说明的是，最为优选的，本发明的五个手指的边缘可以拉长5mm，也可以为3-7mm中任意一个数值。本发明的虎口拉伸长度可以为5mm，也可以为3-7mm中任意一个数值。本发明的桡骨茎突和尺骨茎突处可以拉伸长度为5mm，也可以为3-7mm中任意一个数值。本发明的支具模型的厚度可以设置为3mm，也可以设置为3-4mm中任意一个数值。具体的实施方式根据实际情况而定。
与实施例1不同，本实施例的支具模型厚度设置为3mm，在 3mm厚度的支具模型基础上进行镂空设计，避免了支具模型厚度过薄，而在打印的过程中受力不均匀而导致支具模型断裂。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于,通过以下步骤实现：
1.1通过体表三维扫描目标对象的健侧，获得健侧上肢模型原始文件，并将健侧上肢模型导入到Geomagic Studio逆向工程建模软件中；
1.2在Geomagic Studio逆向工程建模软件中，使用镜像处理获得目标对象的患侧模型；
1.3将目标对象的患侧模型文件导入Materialise 3-matic Research逆向工程建模软件中，对模型进行局部的拉伸处理，获得拉伸模型；
1.4将拉伸模型再次导入Geomagic Studio中，对模型表面进行加工修饰，删除凹凸不平的掌面，根据模型曲率的变化进行曲率填充，并对整个模型进行光顺处理，获得光顺处理后的模型；
1.5对光顺处理后的模型采用曲线裁剪，光顺处理后的模型侧面裁剪高度范围为光顺处理后模型的1/2至2/3高度，前臂位置裁剪至肘横纹距离横纹的2/3处的位置；
1.6对裁剪后的模型进行内外侧面倒置，获得内侧光顺的支具模型；
1.7将内侧光顺的支具模型文件导入MaterialiseMagics建模软件中，将模具进行“实体化”，并根据实际需求设置支具模型的厚度；
支具模型的厚度范围设置为3-4mm，获得实体模型；
1.8对实体模型进行有限元分析，获取支具模型的力学信息，获得有限元分析后的模型，将有限元分析后的模型文件导入Unigraphics NX软件里，对模型的掌面部分和前臂掌面部分进行镂空设计，获得镂空模型；
1.9将镂空模型文件导入到3D打印成型设备中，在进行3D打印前对镂空模型进行支撑生成，支撑生成后打印模型。
2.根据权利要求1所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：所述步骤1.1中，所述三维扫描方式为激光式、光栅式中的一种。
3.根据权利要求1所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：所述步骤1.3中，所述拉伸模型的局部拉伸为将小指拉长至无名指的高度，虎口处往外拉伸，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸，手掌面拉平处理。
4.根据权利要求3所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：支具模型的虎口处和前臂部分的边缘外翻。
5.根据权利要求4所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：五个手指的边缘拉长的范围为3-7mm，虎口处往外拉伸的范围为3-7mm，桡骨茎突和尺骨茎突处往外拉伸的范围为3-7mm。
6.根据权利要求1所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：所述步骤1.4中，光顺处理为对局部和周边特征不相称的地方选择去除特征。
7.根据权利要求4所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：所述步骤1.8中，镂空设计的图案为花纹镂空。
8.根据权利要求7所述的定制化3D打印透气性前臂固定支具的制备方法，其特征在于：镂空孔径大小根据模型实际大小而定。
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- 2020-01-19 CN CN202010059773.2A patent/CN111265355B/zh not_active Expired - Fee Related
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