CN113041000A - 基于3d打印的针织结构关节护具的制造工艺及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，包括以下步骤：1)通过CT扫描获取病人病患处三维几何模型，确定病人患处所需护具的形状；2)分析病人病患处所需的受力条件调整相应位置的针织结构的参数以满足要求；3)根据针织结构具有结构重复性的特点，推算针织结构最小重复单元的参数获得满足要求的针织结构模型；4)采用3D打印技术制备，最终获得所需针织结构关节护具。同时本发明还提供了回收方法。本发明该工艺制得的针织结构关节护具具有良好的形状匹配性，减轻了护具重量，提高了透气性，更好的身体贴合性，可以进一步提高了佩戴的舒适度并提升治疗效果，而且提供的回收工艺提高了材料利用率，降低了制造成本。

Description

基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺及回收方法
技术领域
本发明涉及个性化医疗护具技术领域，更具体地说是涉及一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺及回收方法。
背景技术
3D打印技术由于其从数字模型直接到实体零件的快速成形的特点，在复杂形状、小批量和个性化零件的制造上具有巨大优势，因而被广泛应用于个性化医疗护具领域。其做法通常是通过人体患处三维数字模型进行个性化的护具设计，与患处良好配合，在康复治疗的前提下达到提高佩戴舒适性的目的。在关节扭伤，骨折等的治疗与康复中收到广泛应用。但由于人体肌肉、肌腱、韧带等软组织拉伸运动的复杂性，目前的3D打印护具设计通常只是考虑到与患处形状的匹配性，并未考虑患处及其周围组织的受力要求，这要求设计的护具力学性能与人体相应位置的受力要求相匹配，这样可以进一步提升治疗康复效果，提高佩戴舒适性。此外，由于护具个性化定制的缘故无法二次使用，且材料回收比较困难，造成浪费并且提高了患者的治疗成本。
针织结构是由串联起来的纱线圈联结而成，具有优异的拉伸恢复性，透气性，力学性能可设计性以及可回收利用的特性，在工业和医疗等领域均有广泛应用案例。但目前针织结构织物通常是通过传统的机织方法获得，对设计的织物结构完成度有限，不能达到个性化匹配的要求。
因此，如何提供一种能解决一般3D打印的医用护具无法为人体患处组织提供相匹配的力学性能的问题，实现模型和实物的高度一致性.进一步提升治疗效果和佩戴舒适度，且能够实现材料的二次利用，减轻患者治疗费用成本的是基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺及回收方法本领域亟需解决的技术问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺及回收方法。目的就是为了解决一般3D打印的医用护具无法为人体患处组织提供相匹配的力学性能的问题；通过对患处的三维模型和康复治疗的受力需求进行针织结构的参数设计，建立满足形状和力学要求的三维模型，利用3D打印工艺制备，实现模型和实物的高度一致性.进一步提升治疗效果和佩戴舒适度；通过回收实现了材料的二次利用，减轻患者治疗费用。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，包括以下步骤：
1)通过CT扫描获取病人病患处三维几何模型，确定病人患处所需护具的形状；
2)分析病人病患处所需的受力条件调整相应位置的针织结构的参数以满足要求；所述针织结构的参数包括针织结构最小重复单元、纱线间距t、纱线倾角α和纱线直径D；
3)根据所述针织结构具有结构重复性的特点，推算针织结构最小重复单元的参数获得满足要求的针织结构模型；
4)采用3D打印技术制备，最终获得所需针织结构实物。
优选地，所述针织结构最小重复单元为可通过重复平移简单变换得到整个所述针织结构的最小单元，其设计参数影响所述针织结构尺寸大小及力学性能。
优选地，所述纱线间距t为所述针织结构相邻纱线间的距离，能够保证相邻纱线在3D打印过程不发生粘结而使整个结构具有针织物的特性。
优选地，所述纱线倾角α为倾斜纱线轴线与打印平台的夹角。
优选地，所述针织结构包括以下三种：
均一针织结构，由相同参数的最小重复单元构成，在某一方向可为包覆的患处提供相同的力；
单向变化针织结构，水平方向最小重复单元参数有变化，在水平方向的不同位置的包覆处提供不同的力；
区域变化针织结构，可为某一区域提供不同与区域外的力；
同时，本发明还提供了一种基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法，包括以下步骤：
1)针织结构拆解，利用针织结构散脱的特性，将纱线逐个通过缠绕线圈松脱得到单个纱线；
2)回收丝材，将松脱的纱线通过加热到材料玻璃化温度的加热回收装置，松脱纱线在通孔内被直顺，得到可直接用于3D打印的回收丝材。
优选地，所述步骤2)中的所述加热回收装置为铝合金加热回收装置，其包括加热器和温度传感器。
优选地，所述加热器内部设有一漏斗状通孔；所述加热器加热温度可达500℃以上，能够满足大部分树脂的玻璃化温度要求。
优选地，所述通孔的出口端直径为D+0.25mm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明3D打印的针织结构医用关节护具具有良好的形状匹配性，此外可对具体部位的针织结构进行参数调节以提供合适的弹性和强度；针织结构减轻了护具重量，提高了透气性，更好的身体贴合性，可以进一步提高了佩戴的舒适度并提升治疗效果。
本发明所提供的回收方法及所用回收装置，将废弃的针织结构拆除得到的仍保留有先前的3D打印成形的特征的纱线，再将纱线通过一个加热到材料玻璃化温度的漏斗状通道，通道末端直径略大于纱线直径的丝材，得到直顺的可直接用于3D打印的回收丝材，提高了材料利用率，降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明针织结构的结构示意图；
图2为本发明针织结构最小重复单元的结构示意图；
图3为本发明针织结构关节护具及佩戴方式示意图；
图4为针织结构回收过程原理示意图。
图中：1、针织结构；11、均一针织结构；12、单向变化针织结构；13、区域变化针织结构；2、针织结构最小重复单元；3、加热回收装置；31、通孔；4、针织结构关节护具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1-3所示，一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，包括以下步骤：
1)通过CT扫描获取病人病患处三维几何模型，确定病人患处所需护具的形状；
2)分析病人病患处所需的受力条件调整相应位置的针织结构1的参数以满足要求；针织结构1的参数包括针织结构最小重复单元2、纱线间距t、纱线倾角α和纱线直径D；针织结构最小重复单元2为可通过重复平移简单变换得到整个针织结构1的最小单元，其设计参数影响针织结构1尺寸大小及力学性能；纱线间距t为针织结构1相邻纱线间的距离，能够保证相邻纱线在3D打印过程不发生粘结而使整个结构具有针织物的特性；纱线倾角α为倾斜纱线轴线与打印平台的夹角。
3)根据针织结构1具有结构重复性的特点，推算针织结构最小重复单元2的参数获得满足要求的针织结构模型；
4)采用3D打印技术制备，最终获得所需针织结构关节护具4。
本实施例中，针织结构1包括以下三种：
均一针织结构11，由相同参数的最小重复单元构成，在某一方向可为包覆的患处提供相同的力；
单向变化针织结构12，水平方向最小重复单元参数有变化，在水平方向的不同位置的包覆处提供不同的力；
区域变化针织结构13，可为某一区域提供不同与区域外的力；
本实施例中，还提供了一种基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法(如图4所示)，包括以下步骤：
1)针织结构拆解，利用针织结构1散脱的特性，将纱线逐个通过缠绕线圈松脱得到单个纱线；
2)回收丝材，将松脱的纱线通过加热到材料玻璃化温度的加热回收装置，松脱纱线在通孔内被直顺，得到可直接用于3D打印的回收丝材；
加热回收装置3为铝合金加热回收装置，且其内设有加热器和温度传感器；加热回收装置3内部设有一漏斗状通孔31，通孔31的出口端直径为D+0.25mm；加热器回收装置3加热温度可达500℃以上。
本发明3D打印的针织结构医用关节护具具有良好的形状匹配性，此外可对具体部位的针织结构进行参数调节以提供合适的弹性和强度；针织结构减轻了护具重量，提高了透气性，更好的身体贴合性，可以进一步提高了佩戴的舒适度并提升治疗效果。
本发明所提供的回收方法及所用回收装置，将废弃的针织结构拆除得到的仍保留有先前的3D打印成形的特征的纱线，再将纱线通过一个加热到材料玻璃化温度的漏斗状通道，通道末端直径略大于纱线直径的丝材，得到直顺的可直接用于3D打印的回收丝材，提高了材料利用率，降低了制造成本。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过CT扫描获取病人病患处三维几何模型，确定病人患处所需护具的形状；
2)分析病人病患处所需的受力条件调整相应位置的针织结构(1)的参数以满足要求；所述针织结构(1)的参数包括针织结构最小重复单元(2)、纱线间距t、纱线倾角α和纱线直径D；
3)根据所述针织结构(1)具有结构重复性的特点，推算针织结构最小重复单元(2)的参数获得满足要求的针织结构模型；
4)采用3D打印技术制备，最终获得所需针织结构关节护具(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，其特征在于，所述针织结构最小重复单元(2)为可通过重复平移简单变换得到整个所述针织结构(1)的最小单元，其设计参数影响所述针织结构(1)尺寸大小及力学性能。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，其特征在于，所述纱线间距t为所述针织结构(1)相邻纱线间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，其特征在于，所述纱线倾角α为倾斜纱线轴线与打印平台的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的制造工艺，其特征在于，所述针织结构(1)包括以下三种：
均一针织结构(11)，由相同参数的最小重复单元构成，在某一方向可为包覆的患处提供相同的力；
单向变化针织结构(12)，水平方向最小重复单元参数有变化，在水平方向的不同位置的包覆处提供不同的力；
区域变化针织结构(13)，可为某一区域提供不同与区域外的力。
6.一种如权利要求1所述的基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)针织结构拆解，利用针织结构(1)散脱的特性，将纱线逐个通过缠绕线圈松脱得到单个纱线；
2)回收丝材，将松脱的纱线通过加热到材料玻璃化温度的加热回收装置，松脱纱线在通孔内被直顺，得到可直接用于3D打印的回收丝材。
7.根据权利要求5所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法，其特征在于，所述步骤2)中的所述加热回收装置(3)为铝合金加热回收装置，其内部设有加热器和温度传感器。
8.根据权利要求6所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法，其特征在于，所述加热回收装置(3)内部设有一漏斗状通孔(31)；所述加热器回收装置(3)加热温度可达500℃以上。
9.根据权利要求1所述的一种基于3D打印的针织结构关节护具的回收方法，其特征在于，所述通孔(31)的出口端直径为D+0.25mm。
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