CN104816473B - 一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法及该拐杖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法及该拐杖，该方法包括步骤：(1)将硅胶材料包裹于一圆柱体外侧，获得手柄初始模型；(2)通过握持手柄初始模型的硅胶材料部分，获得握持动作时手掌部分和手柄接触的形态模型，即获得硅胶握持手模；(3)通过三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描，获得硅胶握持手模的大小及曲面参数，模拟制作三维数据模型；(4)根据三维数据模型，采用增材制造技术制造拐杖手柄；(5)对制造出的拐杖手柄进行打磨、上色。本发明利用三维建模和增材制造技术来制作拐杖，极大的降低了生产成本、制造周期，提高了使用者的用户体验，满足了其个性化定制的需求。
Description
技术领域
本发明涉及拐杖手柄的加工制造研究领域，特别涉及一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法，及利用上述制造方法所制出的个性化拐杖。
背景技术
由于疾病、车祸等各种原因导致许多患者骨骼因为受到物理或其他损害而产生骨折或永久性丧失部分行动能力，部分患者因此需要临时或永久使用医用拐杖辅助其进行日常行动。随着生活水平的提高，许多患者不满足于传统工艺大规模制造的统一规格的医用拐杖，特别希望在拐杖手柄等与使用舒适度相关的部件上获得符合其自身生理特点的个性化定制产品。因此，就该发明成果的应用上，存在着巨大的潜在用户，市场应用前景广阔。
在制造工艺上，国内外主要通过铸造、冲压、切削和注塑等传统机械加工工艺制造不锈钢、塑料、木材等材质的医用拐杖手柄。这些工艺虽然具有生产速度快、成本低廉等特点，但规格为统一设计，未能充分考虑到使用者自身的生理特点和个性化需求，使用时舒适度差，特别给长期使用者带来了不便。而传统定制的医用拐杖手柄需要大量的人工加工工序，耗时长，成本高，仅能满足小部分使用者的需求。
因此，对快速制造个性化定制的拐杖手柄的制造工艺的研究具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法，该方法可以根据用户生理特点，快速地进行个性化定制，且具有成本低的优点。
本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用上述制造方法所制出的个性化拐杖，该拐杖考虑了使用者自身的生理特点和个性化需求，提高了用户的使用体验。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法，利用使用者的硅胶握持手模和三维扫描仪建立拐杖手柄的三维数据模型，然后通过增材制造技术完成拐杖手柄的制造。
具体的，包括以下步骤：
(1)将硅胶材料包裹于一圆柱体外侧，获得手柄初始模型；
(2)通过握持手柄初始模型的硅胶材料部分，获得握持动作时手掌部分和手柄接触的形态模型，即获得硅胶握持手模；
(3)通过三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描，获得硅胶握持手模的大小及曲面参数，模拟制作三维数据模型；
(4)根据三维数据模型，采用增材制造技术制造拐杖手柄。
更进一步的，所述个性化定制的拐杖手柄的制造方法还包括步骤：
(5)对制造出的拐杖手柄进行打磨、上色。
具体的，所述步骤(1)中，圆柱体的长度为9-15厘米，直径为3-6厘米。具体的尺寸可根据使用者的手型尺寸选取，这样获得的手柄初始模型尺寸即能满足使用者的个性化需求，又可方便的安装到现有规格的商业化拐杖上。
具体的，所述步骤(3)中，三维数据模型的获取步骤是：
(3-1)采用光栅三维扫描仪或激光三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描；
(3-2)获得表征硅胶握持手模的大小及曲面参数的点云数据，将点云数据导入三维逆向设计软件；
(3-3)删除点云数据中不需要的数据；
(3-4)将点云数据转换为三角形网格数据，并通过补洞、松弛、去除操作修复三角形网格数据中的错误；
(3-5)在三角形网格数据模型中，沿圆柱体轴向方向生成一个直径0.5-3厘米的贯通孔；
(3-6)最终导出STL格式三维数据模型文件。
更进一步的，所述步骤(3-1)中的光栅三维扫描仪采用白光或者蓝光扫描，所述扫描仪是通过投射在物体上的光栅的粗细变化和位移，配合双摄像头获取的数字影像进行计算机运行处理，得到硅胶握持手模的实际三维外形。
更进一步的，所述步骤(3-1)中的激光三维扫描仪为基于脉冲的脉冲式三维激光扫描仪，或基于相位差的三维激光扫描仪，或基于三角测距原理的三维激光扫描仪。
更进一步的，所述步骤(3-5)后，根据人体工程学原理和使用者的个性化需求，对三角形网格数据进行变形处理或是添加纹理、装饰。以更满足用户的需求。
具体的，所述步骤(4)中，采用增材制造技术制造拐杖手柄的步骤是：
(4-1)将步骤(3)得到的三维数据模型导入快速成型机(3D打印机)的控制终端，对数据进行处理，包括摆放定位、添加支撑、切片分层，其中分层厚度设为0.1-0.5mm，对每一层的轨迹进行计算，最后保存为快速成型机的工作文件；
(4-2)快速成型机将丝状材料从加热的喷嘴挤出，按照工作文件中预定的分层厚度和轨迹，以固定的速率在工作台上进行熔体沉积，每完成一层，工作台下降一个层厚，再在已沉积的材料表面叠加沉积新的一层，如此反复最终实现手柄的沉积成型。
优选的，所述步骤(4-2)中，制造拐杖手柄的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，或是含有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物，或是聚碳酸酯，或是含有聚碳酸酯的混合物，或是聚苯砜，或是含有聚苯砜的混合物，或是树脂，或是橡胶，或是含有上述任意一种或是几种材料的混合物。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明利用三维建模和增材制造技术来制作拐杖，有效的克服了现有的制造方法在个性化定制、使用舒适度、制造周期、生产成本等方面的不足，极大的降低了生产成本、制造周期，提高了使用者的用户体验，满足了其个性化定制的需求。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法，主要包括4个步骤，分别是获得手柄初始模型、获得硅胶握持手模、制作三维数据模型、采用增材制造技术制造拐杖手柄，下面对上述各步骤进行具体说明。
1、获得手柄初始模型。
本实施例为将硅胶材料包裹于一圆柱体外侧，该圆柱体长度为9-15厘米，直径为3-6厘米，以便更符合一般人的手型尺寸。实际应用中这个尺寸可任意调整。
2、获得硅胶握持手模。
通过握持手柄初始模型的硅胶材料部分，获得握持动作时手掌部分和手柄接触的形态模型，即获得硅胶握持手模。
3、制作三维数据模型。
通过三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描，获得硅胶握持手模的大小及曲面参数，模拟制作三维数据模型，具体步骤是：
(3-1)采用光栅三维扫描仪或激光三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描。
如果采用光栅三维扫描仪，则该扫描仪采用白光或者蓝光扫描，这种扫描仪是通过投射在物体上的光栅的粗细变化和位移，配合双摄像头获取的数字影像进行计算机运行处理，得到硅胶握持手模的实际三维外形。
如果采用激光三维扫描仪，则可采用基于脉冲的脉冲式三维激光扫描仪，或基于相位差的三维激光扫描仪，或基于三角测距原理的三维激光扫描仪。
(3-2)获得表征硅胶握持手模的大小及曲面参数的点云数据，将点云数据导入三维逆向设计软件。这里的三维逆向设计软件可采用现有的Geomagic、Rapidform或Imageware等。
(3-3)删除点云数据中不需要的数据。
(3-4)将点云数据转换为三角形网格数据，并通过补洞、松弛、去除操作修复三角形网格数据中的错误。
(3-5)在三角形网格数据模型中，沿圆柱体轴向方向生成一个直径0.5-3厘米的贯通孔。该贯通孔是方便手柄最终安装到拐杖上。
在进行此步骤时，还可以根据人体工程学原理和使用者的个性化需求，对三角形网格数据进行变形处理或是添加纹理、装饰，以更满足用户的需求。
(3-6)最终导出STL格式三维数据模型文件。
4、采用增材制造技术制造拐杖手柄。
根据三维数据模型，采用增材制造技术制造拐杖手柄。具体步骤是：
(4-1)将步骤(3)得到的三维数据模型导入快速成型机(3D打印机)的控制终端，对数据进行处理，包括摆放定位、添加支撑、切片分层，其中分层厚度设为0.1-0.5mm，对每一层的轨迹进行计算，最后保存为快速成型机的工作文件；
(4-2)快速成型机将丝状材料从加热的喷嘴挤出，按照工作文件中预定的分层厚度和轨迹，以固定的速率在工作台上进行熔体沉积，每完成一层，工作台下降一个层厚，再在已沉积的材料表面叠加沉积新的一层，如此反复最终实现手柄的沉积成型。
喷嘴挤出的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，或是含有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物，或是聚碳酸酯，或是含有聚碳酸酯的混合物，或是聚苯砜，或是含有聚苯砜的混合物，或是树脂，或是橡胶，或是含有上述任意一种或是几种材料的混合物。
5、对制造出的拐杖手柄进行打磨、上色。
为了延长拐杖的使用寿命以及为了美观，可对快速成型的拐杖手柄进行打磨、上色。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅胶材料包裹于一圆柱体外侧，获得手柄初始模型；
(2)通过握持手柄初始模型的硅胶材料部分，获得握持动作时手掌部分和手柄接触的形态模型，即获得硅胶握持手模；
(3)通过三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描，获得硅胶握持手模的大小及曲面参数，模拟制作三维数据模型；三维数据模型的获取步骤是：
(3-1)采用光栅三维扫描仪或激光三维扫描仪对硅胶握持手模进行扫描；
(3-2)获得表征硅胶握持手模的大小及曲面参数的点云数据，将点云数据导入三维逆向设计软件；
(3-3)删除点云数据中不需要的数据；
(3-4)将点云数据转换为三角形网格数据，并通过补洞、松弛、去除操作修复三角形网格数据中的错误；
(3-5)在三角形网格数据模型中，沿圆柱体轴向方向生成一个直径0.5-3厘米的贯通孔；
(3-6)最终导出STL格式三维数据模型文件；
(4)根据三维数据模型，采用增材制造技术制造拐杖手柄，步骤是：
(4-1)将步骤(3)得到的三维数据模型导入快速成型机的控制终端，对数据进行处理，包括摆放定位、添加支撑、切片分层，其中分层厚度设为0.1-0.5mm，对每一层的轨迹进行计算，最后保存为快速成型机的工作文件；
(4-2)快速成型机将丝状材料从加热的喷嘴挤出，按照工作文件中预定的分层厚度和轨迹，以固定的速率在工作台上进行熔体沉积，每完成一层，工作台下降一个层厚，再在已沉积的材料表面叠加沉积新的一层，如此反复最终实现手柄的沉积成型。
2.根据权利要求1所述的个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，还包括步骤：
(5)对制造出的拐杖手柄进行打磨、上色。
3.根据权利要求1所述的个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，所述步骤(3-1)中的光栅三维扫描仪采用白光或者蓝光扫描，所述扫描仪是通过投射在物体上的光栅的粗细变化和位移，配合双摄像头获取的数字影像进行计算机运行处理，得到硅胶握持手模的实际三维外形。
4.根据权利要求1所述的个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，所述步骤(3-1)中的激光三维扫描仪为基于脉冲的脉冲式三维激光扫描仪，或基于相位差的三维激光扫描仪，或基于三角测距原理的三维激光扫描仪。
5.根据权利要求1所述的个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，所述步骤(3-5)后，根据人体工程学原理和使用者的个性化需求，对三角形网格数据进行变形处理或是添加纹理、装饰。
6.根据权利要求1所述的个性化定制的拐杖手柄的制造方法，其特征在于，所述步骤(4-2)中，制造拐杖手柄的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，或是含有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的混合物，或是聚碳酸酯，或是含有聚碳酸酯的混合物，或是聚苯砜，或是含有聚苯砜的混合物，或是树脂，或是橡胶，或是含有上述任意一种或是几种材料的混合物。
7.一种拐杖，其特征在于，利用上述权利要求1-6任一项所述个性化定制的拐杖手柄的制造方法制造得到。
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