CN113693796B - 一种3d打印义肢连接件 - Google Patents
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Abstract
一种3D打印义肢连接件涉及义肢技术领域，所述连接件为双层结构，包括内层支撑管和点阵层两部分，该结构件由TA15钛合金制作而成，在使用过程中采用点阵式结构的设计使得义肢的受力分布均匀，减少在使用过程中对残肢的损伤；同时点阵的设计使得义肢与完好下肢之间的重量达到稳定平衡点，使承受重力线一致，重心稳定，穿戴更加舒适安全可靠。此外，整体采用TA15钛合金进行3D打印而成，对假肢关节和假脚的选用要求较低，可以很好地提升义肢的使用寿命，且有利于零件的替换。
Description
技术领域
本发明涉及义肢技术领域，尤其涉及一种3D打印义肢组件，具体是一种3D打印义肢连接件。
背景技术
据不完全统计，目前只有9.5%的截肢者能拥有匹配的义肢，且这些义肢目前只是笨重的被动式义肢，仅能利用负压连接残肢，实现重新站立和简单行走的目的。患者在佩戴义肢进行站立行走时，人体的重量会通过义肢传递到地面，同时残肢也会受到来自地面的反作用力，从而达到残肢控制义肢来进行站立和行走的目的。
在现有技术中仅能保证双腿截肢患者可以佩戴形状重量均一致的下肢假肢，起到承担体重，重新站立行走的作用。但是如果患者仅有一只腿发生了截肢，而另一只腿为正常腿时，无法保证可以拥有一只与完好腿形状重量完全一致的假肢，总会不可避免的存在一些尤其是重量上的差异。患者在行走时，由于双腿重量不一致，承受重力线不一致，导致患者很难长时间直立站稳，在行走时很容易发生摔倒，严重影响患者使用假肢的用户体验。此外，长时间使用容易造成接受腔和残肢之间摩擦加剧，使患者的残肢处创伤加剧。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种3D打印义肢连接件，采用点阵式结构的设计使得义肢的重量与受力分布均匀，用以解决现有技术中由于双腿重量不一致，承受重力线不一致，容易使患者行走时摔倒并对残肢受到二次损害的问题，保证患者的用户体验和健康。
本发明的实现方案：
首先确定患者截肢部位，然后使用3D扫描仪，对患者缺失下肢部位对应的完好下肢位置使用3D扫描仪进行分层扫描，得到数据分为两部分，一部分为骨骼数据，一部分为肌肉及其他部分数据，从而确定患者缺失部位的形状重量。连接件受力及重量分布效果可以通过改变连接件内部单元晶格点阵的密度进行调控。
通过改变所述cross点阵的密度调控所述3D打印义肢连接件的受力及重量分布。所述连接件为双层结构，所述双层结构包括内层支撑管和点阵层。所述内层支撑管所用材料为钛合金，作为连接件的支撑结构，模拟人体的骨骼结构，连接假肢关节和假脚。将根据扫描完好下肢得到的数据导入Rhino建模软件中，进行点阵填充模拟，选择cross点阵做为点阵单元，这种单元采用线条构成三角形，与我们常见的体心、面心点阵结构采用三角形与正方形结合的方式相比，稳定性提高了20％，受力均匀，同样的材料下，使用寿命增加50％，因此采用这种点阵结构做连接件的填充点阵。点阵采用X、Y、Z三轴固定的数量进行填充，分别为19、13、3个，点阵中梁的直径为0.8cm，将点阵结构与内层支撑管合并生成整体模型，并导出STL格式模型。
由于连接件的结构很复杂，本发明采用3D打印的方式进行生产，首先将STL模型进行切片处理，然后导入到SLM型3D打印设备中，打印材料选择TA15钛合金，打印层厚为0.02cm，用SLM型3D打印设备进行打印时，不需要添加支撑结构，减少了后处理的时间。将打印完成的模型进行清洗消毒即可与假肢关节和假脚装配，连接接受腔后即可投入使用。
本发明的有益效果在于：
与现有的义肢连接件相比，本发明具有显著优点：本发明采用点阵式结构的设计使得义肢的受力分布均匀，减少在使用过程中对残肢的损伤；同时点阵的设计使得义肢与完好下肢之间的重量达到稳定平衡点，使承受重力线一致，重心稳定，穿戴更加舒适安全可靠。
附图说明
图1是整体模型示意图。
图2是点阵层模型示意图。
图3是晶格点阵单元示意图。
图4连接件剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。
如图1-4所示，本发明首先设计了连接件的外观形状，采用仿人体的设计方式，各部分尺寸均依照患者完好肢体的尺寸设计。在与假肢关节和假脚连接部分预留出装配位置。
连接件由内层支撑管和点阵层两部分组成，结构的设计流程如下：
设计内层支撑管结构。使用UG三维建模软件设计内层支撑管结构，首先根据患者完好肢体扫描所得数据设计相应尺寸的管状结构，形成厚度为2 ㎜的管状实体模型。
设计点阵结构。将根据扫描完好下肢得到的数据导入Rhino建模软件中，进行点阵填充模拟，选择cross点阵做为点阵单元，这种单元采用线条构成三角形，与我们常见的体心、面心点阵结构采用三角形与正方形结合的方式相比，稳定性提高了20％，受力均匀，同样的材料下，使用寿命增加50％，因此采用这种点阵结构做连接件的填充点阵。点阵采用X、Y、Z三轴固定的数量进行填充，分别为19、13、3个，点阵中梁的直径为0.8 cm，将点阵结构与内层支撑管合并生成整体模型，并导出STL格式模型。
连接件的生产过程。首先将STL模型进行切片处理，然后导入到SLM型3D打印设备中，打印材料选择TA15钛合金，打印层厚为0.02 cm，用SLM型3D打印设备进行打印时，不需要添加支撑结构，减少了后处理的时间。
连接件的后处理。模型打印完成后先用清水进行简单的清洗后，再进行消毒处理后放入消毒柜中进行晾干即可。
本发明的核心在于点阵层的设计，采用cross晶格点阵单元作为设计单元，在内外层之间填充晶格单元，每一层的晶格单元数量固定，本发明的难点在于点阵的填充，常用的点阵填充都是在一些规则的长方体中进行填充，即使在不规则的形状中填充也不能跟随曲面的形状进行填充，使得填充出来的模型受力不均匀，本发明采用Rhino软件使用参数化的方式进行填充，可以有效避免上述问题。
连接件的双层机构采用3D打印的方式一体成型，首先通过三维建模软件设计出内层支撑管结构，并在内层支撑管外填充点阵结构，将最终生成的模型文件导入到软件里面进行切片处理，切片后的文件再导入到3D打印机中进行打印，采用3D打印的方式可以生产这种复杂点阵结构，打印后形成的实物模型进行清洗消毒处理，晾干后即可与义肢部位进行连接。
以上是本发明的具体优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种3D打印义肢连接件，包括内层支撑管、点阵层两个组成部分，其特征在于连接件制作过程包括以下步骤：
设计内层支撑管结构：使用UG三维建模软件设计内层支撑管结构，首先根据患者完好肢体扫描所得数据设计相应尺寸的管状结构，形成厚度为2毫米的管状实体模型；
设计点阵结构：将根据扫描完好下肢得到的数据导入Rhino建模软件中，进行点阵填充模拟，选择cross点阵做为点阵单元，通过改变所述cross点阵的密度调控所述3D打印义肢连接件的受力及重量分布；点阵采用X、Y、Z三轴固定的数量进行填充，分别为19、13、3个，点阵中梁的直径为0.8cm，将点阵结构与内层支撑管合并生成整体模型，并导出STL格式模型；
连接件的生产过程；首先将STL模型进行切片处理，然后导入到SLM型3D打印设备中，打印材料选择TA15钛合金，打印层厚为0.02cm；
连接件的后处理；模型打印完成后先用清水清洗后，再进行消毒处理后放入消毒柜中进行晾干即可。
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