CN107009612A - 三维模型及缺陷部位的三维模型的成型方法 - Google Patents

三维模型及缺陷部位的三维模型的成型方法 Download PDF

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    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Abstract

本发明涉及一种三维模型及缺陷部位的三维模型的成型方法，三维模型通过三维打印机打印得到,三维模型包括复合材料,复合材料包括聚乳酸和纤维素,三维模型具有主体部和固定单元,在三维模型安装在给定的人或动物的缺陷组织后,固定单元用于固定在缺陷组织的周围组织上。成型方法包括下面的步骤:扫描步骤、分切步骤、启动步骤和打印步骤。这种成型过程实现了缺陷组织的三维模型的个性化定制功能，并且复合材料采用聚乳酸和纤维素，这两种材料均适合用于人体或动物体内。

Description

三维模型及缺陷部位的三维模型的成型方法
技术领域
本发明涉及人或动物的人工模拟骨骼的制造领域，具体地说，是涉及一种三维模型及其成型方法。
背景技术
目前，三维(3D)打印机的类型众多,其中熔融堆积原理的三维打印机较为普遍。其打印材料常见的如聚乳酸(PLA)、ABS等材料。
其中，PLA(聚乳酸)是一种应用最为广泛且人体安全的打印材料，在多种类型的熔融堆积类型的三维打印机上均可通用性。目前，PLA材料已经开始逐渐大量应用于医疗领域。例如，利用PLA生产的医用手术缝合线，当应用这种手术缝合线时，在手术伤口缝合之后，不需要再人为拆线，因为PLA具有良好的生物降解性和生物相容性，使其在人体内很容易被降解和生物转化，从而被人体吸收。
另外，PLA作为一种高分子的聚合物，其具有优良的力学性能和成型性，并且在医学上可以用作骨科材料。同样地，作为骨科材料时，其依然是一种良好的可吸收材料，并且具有很好的生物相容性。此外，这种材料在降解前期能保持良好的空间结构和力学性能，并具有很好的骨传导作用，能有效修复骨缺损。
然而，由于存在个体差异，骨科假体或者三维模型的制造过程无法采用批量生产的传统模式，一般需要根据具体的对象、具体的身体位置而设计出合适的三维模型。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提供一种个性化定制的缺陷部位的三维模型的成型方法，本发明的另一目的是提供一种个性化定制的三维模型。
为了实现上述目的，本发明提供的缺陷部位的三维模型的成型方法包括下面的步骤:获得三维图形;分切步骤,三维图形经过分切软件处理,得到多层数据文档;启动步骤,的多层数据文档输入到三维打印机内,并启动三维打印机的打印命令;同时,三维打印机使用复合材料作为打印材料,复合材料包括聚乳酸和纤维素;打印步骤,三维打印机完成三维模型的成型过程。
由上述方案可见，这种成型过程实现了缺陷组织的三维模型的个性化定制功能，并且复合材料采用聚乳酸和纤维素，这两种材料均适合用于人体或动物体内。
一个优选的方案是，通过扫描装置对人或动物的缺陷部位进行扫描得到初始数据，并且所述初始数据经过处理后获得三维图形。
一个优选的方案是，纤维素与聚乳酸的重量比例在0.3:1至0.4:1。
由上述方案可见，在这个范围时，复合材料表现出优良的硬度和结构强度，从而适合用于人或动物的缺陷组织。
一个优选的方案是，在打印步骤之前还包括判断步骤,判断步骤是指根据缺陷部位的硬度或者强度选择特定的复合材料,对聚乳酸和纤维素的配比进行调整。
由上述方案可见，进一步实现三维模型的私人定制功能，由于人体或动物体内的不同位置的生理组织或骨骼的硬度和强度不同，因此需要根据具体的位置而选取合适比例配比的复合材料，从而得到适用于不同位置的更为精确控制的三维模型。
一个优选的方案是，三维模型具有主体部和固定单元,固定单元的至少一部分固定在主体部，在三维模型安装在缺陷部位后,固定单元用于固定在缺陷部位的周围组织上。
由上述方案可见，为了避免三维模型的缺陷部位的意外移动，通过固定单元的设置可以将三维模型进行固定，并且固定单元也是由上述复合材料制成的，因此可以在人体或动物体内自然降解代谢而不需要取出。
进一步优选的方案是，固定单元为长条形柔性带;或者固定单元为螺栓结构,主体部具有与螺栓结构配合的内螺纹孔。
由上述方案可见，柔性带的结构或者螺纹配合的方式均是非常简易、高效的固定三维模型的方式。
本发明提供的三维模型通过三维打印机打印得到,三维模型包括复合材料,复合材料包括聚乳酸和纤维素,三维模型具有主体部和固定单元,在三维模型安装在给定的人或动物的缺陷组织后,固定单元用于固定在缺陷组织的周围组织上。
一个优选的方案是，三维模型为三维骨模型。
一个优选的方案是，三维模型具有第一部分和第二部分,第一部分的硬度大于第二部分的硬度。
一个优选的方案是，固定单元为长条形柔性带。
一个优选的方案是，固定单元为螺栓结构,主体部具有与螺栓结构配合的内螺纹孔。
附图说明
图1是本发明缺陷部位的三维模型的成型方法实施例的流程图。
图2是本发明三维骨模型第一实施例的剖视图。
图3是本发明三维骨模型第一实施例应用在缺陷组织后的剖视图。
图4是本发明三维骨模型第一实施例应用在缺陷组织后，且固定单元固定在周围组织上的剖面示意图。
图5是本发明三维骨模型第二实施例的剖视图。
图6是本发明三维骨模型第二实施例应用在缺陷组织后的剖视图。
图7是本发明三维骨模型第二实施例应用在缺陷组织后，且固定单元固定在周围组织上的剖视示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
缺陷部位的三维模型的成型方法实施例
本实施例的缺陷部位的三维模型的成型方法包括下面的步骤。
如图1所示，首先，获得三维图形。在一种实施方式中，执行扫描步骤S1。通过扫描装置对人或动物的缺陷部位进行扫描得到初始数据, 初始数据经过处理得到三维图形。缺陷部位具体可以是肌肉组织、骨骼组织、脂肪组织等部位，这里的缺陷是指人或动物的正常组织部位受到创伤或其它伤害后，正常组织在物理上出现缺陷而形成缺陷部位。例如，人体骨骼受到创伤后发生断裂，而断裂的一部分骨头被取出，取出后的部位就形成缺陷部位。再如，人体肌肉组织受到意外创伤而失去一部分结构，这些失去的结构就形成缺陷组织。扫描仪具体可以是CT扫描仪，CT扫描仪通过对缺陷组织的多个维度进行扫描后，经过处理器的分析后即可模拟得到需要打印的三维物体的信息，在一些情况下，CT扫描仪可以用于确定缺陷组织的位置以及获得缺陷部位如骨骼的断裂面的数据信息而得到初始数据，医生根据这些初始数据信息在电脑上进行分析后模拟得到需要打印的三维图形。在一些情况下，如果医生可以直接根据人体的骨骼情况获得三维模型的三维图形的信息，则无需借助于扫描仪对患者的缺陷组织进行扫描，例如在一些情况下患者的一个完整骨骼的整体需要打印时，医生可以直接从数据库中或者根据经验得到该骨骼的三维图形。例如对于缺陷组织，如一部分被破坏后的骨骼，先经过扫描仪的扫描，经过处理器的分析处理后，即可得到被破坏部分骨骼的三维物体的信息。这种CT扫描仪在医学上，特别是骨科医学上的扫描过程、分析过程和三维物体建模过程已经得到一些研究，并且开始逐步应用在临床医学中。
然后，执行分切步骤S2，通过扫描获得的骨骼模型的三维图形数据经过分切软件处理,得到多层数据文档。分切软件采用现有的三维打印机的分切软件。
接着，执行启动步骤S3。多层数据文档输入到三维打印机内,并启动三维打印机的打印命令。同时,三维打印机使用复合材料作为打印材料,复合材料包括聚乳酸和纤维素。复合材料可以制成丝状打印材料或者制成混合粉末状打印材料。在复合材料的制作方法中，还可加入交联剂、增强剂、相容剂、热稳定剂和抗氧剂等成份。纤维素与聚乳酸的配比可以根据具体的需要进行比例调配。根据人体或动物体内的骨骼或其它组织的硬度或强度值，发现纤维素与聚乳酸的重量比例控制在0.3:1至0.4:1较为合适，因为在这一比例的复合材料打印形成的三维模型如骨骼模型与人体或动物内的组织的硬度或强度基本一致。
另外，在打印步骤之前还可以包括判断步骤,判断步骤是指根据缺陷部位的硬度或者强度选择特定的复合材料,即对聚乳酸和纤维素的配比进行调整。根据具体的缺陷组织部位，对纤维素与聚乳酸的比例进行调配，一般而言，纤维素占据的相对比例越高时，复合材料得到三维模型的硬度会下降。因此，针对骨骼组织等不同的硬度需求，可以选取不同比例的纤维素和聚乳酸的配比而获得适合具体缺陷部位硬度需求的三维模型。
最后，执行打印步骤S4，三维打印机完成三维模型的成型过程。三维打印机的具体结构可以是现有的三维打印机。例如，本申请人申请了多项关于FDM（熔融沉积三维打印机）的三维打印机，它们均适用于完成上述复合材料的成型。例如，申请号为CN201510050138.7、CN201410613913.0、 CN201510981629.3中国发明专利公开了具体类型的三维打印机。
三维骨模型第一实施例
本实施例的三维模型通过上述的缺陷部位的三维模型的成型方法实施例打印得到，三维模型为三维骨模型，三维骨模型使用复合材料通过三维打印成型,复合材料包括有聚乳酸和纤维素。如图2至4所示，三维模型具有主体部10和固定单元11, 固定单元为长条形柔性带，长条形柔性带也采用复合材料打印形成。在三维模型安装在给定的人或动物的缺陷组织12后,固定单元11用于固定在缺陷组织的周围组织12上。
三维骨模型第二实施例
如图5至7所示，三维骨模型具有主体部13和固定单元14,固定单元14为螺栓结构, 螺栓结构表面具有外螺纹。主体部13具有与螺栓结构配合的内螺纹孔15。固定单元14穿过内螺纹孔15并且穿过周围组织16，从而把主体部13与周围组织16固定在一起，避免其出现移动。
在其它实施例中，三维模型可以具有第一部分和第二部分,第一部分和第二部分可以是连接的，或者第一部分和第二部分处于隔离的状态。第一部分的硬度大于第二部分的硬度。在一种实施方式中，第一部分为主体部，第二部分为固定单元，固定单元的至少一部分连接在主体部上。当打印这种硬度不同的三维模型时，三维打印机的基本结构为包括第一容器和第二容器，第一容器装载聚乳酸，第二容器装载纤维素，第一容器和第二容器的出口处均设置有流量控制阀门。第一容器和第二容器的出口汇聚在混合室，混合室内可以增加一个加热搅拌装置，从而把复合材料混合熔融后挤出到打印平台上。由于第一容器和第二容器设置有流量控制阀门，因此其可以打印出硬度不同的三维模型。显然，固定单元如长条形柔性带的硬度最好低于主体部的硬度。
在现有的另一种三维打印机中，这种三维打印机可以装载多种不同类型的丝料，并且根据具体的需求，可以在这几种丝料之间随意进行切换，由于丝料的硬度可以根据实际需求进行选择，因此这种三维打印机就可以根据具体需求在三维物体的不同位置打印出硬度不同的局部物体。例如在申请号为CN201410609259.6的中国发明专利申请中就公开了一种可以在多种丝料之间进行切换的三维打印机。
最后需要说明的是，本发明不限于上述的实施方式，诸如固定单元采用其它的设计如上述两种方案的结合的设计等也在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.缺陷部位的三维模型的成型方法,其特征在于,包括下面的步骤:
获得三维图形；
分切步骤,所述三维图形经过分切软件处理,得到多层数据文档;
启动步骤,所述的多层数据文档输入到三维打印机内,并启动所述三维打印机的打印命令;同时,所述三维打印机使用复合材料作为打印材料,所述复合材料包括聚乳酸和纤维素；
打印步骤,所述三维打印机完成三维模型的成型过程。
2.根据权利要求1所述的缺陷部位的三维模型的成型方法，其特征在于：
通过扫描装置对人或动物的缺陷部位进行扫描得到初始数据，并且所述初始数据经过处理后获得三维图形；
所述纤维素与所述聚乳酸的重量比例在0.3:1至0.4:1。
3.根据权利要求1所述的缺陷部位的三维模型的成型方法，其特征在于:
在所述打印步骤之前还包括判断步骤,所述判断步骤是指根据所述缺陷部位的硬度或者强度选择特定的所述复合材料,对所述聚乳酸和所述纤维素的配比进行调整。
4.根据权利要求1至3任一项所述的缺陷部位的三维模型的成型方法，其特征在于：
所述三维模型为三维骨模型;
所述三维模型具有主体部和固定单元,在所述三维模型安装在所述缺陷部位后,所述固定单元用于固定在所述缺陷部位的周围组织上。
5.根据权利要求4所述的缺陷部位的三维模型的成型方法，其特征在于：
所述固定单元为长条形柔性带；
或者所述固定单元为螺栓结构,所述主体部具有与所述螺栓结构配合的内螺纹孔。
6.三维模型，应用如权利要求1至5任一项所述缺陷部位的三维模型的成型方法得到，所述三维模型通过三维打印机打印得到,所述三维模型包括复合材料, 其特征在于：所述复合材料包括聚乳酸和纤维素,
所述三维模型具有主体部和固定单元,所述固定单元的至少一部分固定在所述主体部上。
7.根据权利要求6所述的三维模型，其特征在于：
所述三维模型为三维骨模型。
8.根据权利要求6所述的三维模型，其特征在于：
所述三维模型具有第一部分和第二部分,所述第一部分的硬度大于所述第二部分的硬度。
9.根据权利要求6至8任一项所述的三维模型，其特征在于：
所述固定单元为长条形柔性带。
10.根据权利要求6至8任一项所述的三维模型，其特征在于：
所述固定单元为螺栓结构,所述主体部具有与所述螺栓结构配合的内螺纹孔。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107578477A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 南京大学 一种三维模型部件的自动检测方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0922339D0 (en) * 2009-12-21 2010-02-03 Mcminn Derek J W Acetabular cup prothesis and introducer thereof
WO2010054341A1 (en) * 2008-11-09 2010-05-14 Bespoke Innovations, Inc. Custom braces, casts and devices and methods for designing and fabricating
US20130164707A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Mohamed Ikbal Ali Devices and methods for enhancing bone growth
CN103284815A (zh) * 2013-05-17 2013-09-11 中山大学 纳米复合可降解骨修复材料的三维打印快速成型制备方法
CN104382675A (zh) * 2014-12-17 2015-03-04 徐贵升 基于快速成型的自身动力驱动假肢及其制造方法
CN104814808A (zh) * 2015-04-07 2015-08-05 杭州电子科技大学 一种光固化三维打印矫形器复合加工方法
CN106073870A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 南方医科大学 一种骨关节面重建3d打印修复植入体的方法
CN106137456A (zh) * 2015-03-31 2016-11-23 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 一种用于生物打印的旋转装置及其使用方法
CN205831966U (zh) * 2016-06-01 2016-12-28 张烨 一种索线传动三d打印假肢手臂

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010054341A1 (en) * 2008-11-09 2010-05-14 Bespoke Innovations, Inc. Custom braces, casts and devices and methods for designing and fabricating
GB0922339D0 (en) * 2009-12-21 2010-02-03 Mcminn Derek J W Acetabular cup prothesis and introducer thereof
US20130164707A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Mohamed Ikbal Ali Devices and methods for enhancing bone growth
CN103997985A (zh) * 2011-12-22 2014-08-20 穆罕默德·阿卡巴·阿里 用于增强骨骼生长的装置及其方法
CN103284815A (zh) * 2013-05-17 2013-09-11 中山大学 纳米复合可降解骨修复材料的三维打印快速成型制备方法
CN104382675A (zh) * 2014-12-17 2015-03-04 徐贵升 基于快速成型的自身动力驱动假肢及其制造方法
CN106137456A (zh) * 2015-03-31 2016-11-23 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 一种用于生物打印的旋转装置及其使用方法
CN104814808A (zh) * 2015-04-07 2015-08-05 杭州电子科技大学 一种光固化三维打印矫形器复合加工方法
CN106073870A (zh) * 2016-05-30 2016-11-09 南方医科大学 一种骨关节面重建3d打印修复植入体的方法
CN205831966U (zh) * 2016-06-01 2016-12-28 张烨 一种索线传动三d打印假肢手臂

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107578477A (zh) * 2017-09-11 2018-01-12 南京大学 一种三维模型部件的自动检测方法
CN107578477B (zh) * 2017-09-11 2019-09-06 南京大学 一种三维模型部件的自动检测方法

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