CN110507472A - 一种3d打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法，该D打印可贴合面冷敷康复装置包括冷敷本体，其中，所述冷敷本体为薄壁中空容器结构，且所述冷敷本体内部注有冷敷溶液，所述冷敷本体的横截面为扇形结构，所述冷敷本体的内侧为冷敷部位紧密贴合的冷敷曲面，所述冷敷本体的内侧两端分别均设置有固定带，所述冷敷本体远离所述冷敷曲面的一侧均匀排列开设有若干凹坑，所述凹坑的内部设置有冷源小球，所述冷敷本体的顶端开设有灌入口，所述冷敷本体的顶端且位于所述灌入口的一侧设置有与所述灌入口相配合的塞子。有益效果：本发明提供的冷敷本体的冷敷面为全贴合需要冷敷的表面，达到“随形冷敷”的目的，冷敷效果较好。

Description

一种3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法。
背景技术
3D打印(增材制造)是快速成型技术的一种，以数学模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，采用激光等热源制造产品。3D打印的工艺方法可分为FDM(熔融沉积式)、SLS(选择性激光烧结)、SLM(选择性激光熔化成型)等类型。
其中SLS是针对粉末材料利用激光熔融特定区域的粉末从而直接制造产品。其过程类似：利用CAD软件对特定物体建模，然后通过切片软件对模型切片，切片所得的模型截面数据传给控制系统，控制系统控制一定功率激光束将特定层金属粉末或者非金属粉末加工熔合。这样加工融合完初始层后，工作平台下降一个层厚的距离，铺粉装置铺一定层厚的未加工粉末，继续加工融合下一层粉末，重复此步骤，直至特定的区域全部熔合完成，就得到一件立体的产品。
由上可以看出SLS三维打印工艺基本不受产品复杂结构影响，使冷敷产品高度吻合患处曲面的复杂结构制造变为可能。
临床上或者康复中对患者的治疗和护理中，经常将冰袋用于患者的降温，或者是对受伤部位进行冰敷或者运动后的护理，冰敷可使局部血管收缩，血液循环减少，消除肿胀、疼痛、出血，从而降低组织新陈代谢率。目前传统一般用冰袋或者冰块作为冷敷方式，有以下缺点：
1)冰块为固体，不易分散，冷敷不均匀，操作不当，较容易冻伤，造成二次伤害；
2)冰块为固体，容易戳破冰袋，导致液体泄漏；
3)冰袋能承受的压力较小，没有按摩作用，冷敷时间长容易形成静脉血栓；
4)冰块或冰袋较硬，贴合度差，使冷敷的效果大大降低；
5)冰块或冰袋液体没有分离，使用劳动强度大；
6)冰块或者冰袋使用麻烦，不可穿戴。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种3D打印可贴合面冷敷康复装置。
该D打印可贴合面冷敷康复装置包括冷敷本体，其中，所述冷敷本体为薄壁中空容器结构，且所述冷敷本体内部注有冷敷溶液，所述冷敷本体的横截面为扇形结构，所述冷敷本体的内侧为冷敷部位紧密贴合的冷敷曲面，所述冷敷本体的内侧两端分别均设置有固定带，所述冷敷本体远离所述冷敷曲面的一侧均匀排列开设有若干凹坑，所述凹坑的内部设置有冷源小球，所述冷敷本体的顶端开设有灌入口，所述冷敷本体的顶端且位于所述灌入口的一侧设置有与所述灌入口相配合的塞子。
进一步的，所述冷源小球的侧壁开设有小孔，所述小孔处填充有TPU胶，所述冷源小球的内部注有蓄冷液体，且所述冷源小球的薄壁厚度为0.8-2mm，所述冷源小球的直径根据冷敷面积设计为10-40mm。
进一步的，所述蓄冷液体包括纯净水、生理盐水或凝胶中的至少一种，且所述蓄冷液体的体积为所述冷源小球内部体积的3/4。
进一步的，所述冷敷本体的薄壁壁厚为1-2mm，且所述灌入口的直径为5-10mm。
进一步的，所述固定带为绑带或魔术贴中的一种。
根据本发明的另一方面，提供了一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法。
该3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，包括以下步骤：
利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面点位坐标数据；
将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型；
将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角；
将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型；
将所述阴模模型进行薄壳冷敷产品结构设计，薄壁厚度保证1-2mm之间，薄壁上开设直径为5-10mm开孔作为冷敷溶液灌入口；
在所述阴模模型远离冷敷曲面的一侧设计有若干可放入冰好薄壁小球的凹坑，制得冷敷本体模型；且所述小球的薄壁厚度为0.8-2mm，所述小球的直径根据冷敷曲面的面积设计为10-40mm；
在所述小球上开设小孔，预先注入3/4容积的蓄冷液体，并用TPU胶封闭小孔，制得冷源小球模型；
将设计好的所述冷敷本体模型和所述冷源小球模型通过三维图形处理软件转换为STL格式文件，并生成STL模型；
将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品，制得冷敷本体和冷源小球；
打印完成后，清掉多余的粉末，并用TPU溶剂液体对产品表面进行光滑和防漏处理。
进一步的，利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面数据还包括以下步骤：
解析所述部位的文件信息；
对所述部位文件进行中心检测，得到初始中心集C0(x，y)；
对所述初始中心集C0(x，y)进行误差平方和SSE处理，得到边界元素对应的中心点；
确定所述边界元素所对应的泰森多边形；
根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
进一步的，将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型还包括以下步骤：
将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行点云处理；
经过反求点云转变为片体，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型。
进一步的，将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角还包括以下步骤：
对所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分依次进行剔除冗余数据处理、参数消除处理、数据平滑处理及数据网格化处理。
进一步的，将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型还包括以下步骤：
根据所述拟合模型选取多个预划分面；
通过所述多个预划分面将所述拟合模型划分为多个空间子区域；
分别每个所述空间子区域构建BSP树；
对多个所述空间子区域的BSP树进行布尔运算，得到模型网格；
对所述模型网格进行优化得到所述阴模模型。
本发明的有益效果为：
(1)、本发明提供的冷敷本体的冷敷面为全贴合需要冷敷的表面，达到“随形冷敷”的目的，冷敷效果较好；
(2)、本发明提供的冷敷本体可穿戴，使用方式多样化，更方便；
(3)、本发明提供的冷敷本体里充有蓄冷液体，使冷敷部位冷却更加均匀；
(4)、本发明提供的冷敷本体和冷源小球实现冷源分离结构，蓄冷液体为全封闭，使用方便，不易漏液；
(5)、本发明提供的冷敷本体和冷源小球的冷源分离结构可以承受更大的压力，可以边按摩边冷敷，杜绝静脉血栓的形成；
(6)、本发明提供的冷源小球可以随时替换，使用方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的结构示意图之一；
图2是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的结构示意图之二；
图3是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的结构示意图之三；
图4是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的结构示意图之四；
图5是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的冷源小球的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法流程图。
图中：
1、冷敷本体；2、固定带；3、凹坑；4、冷源小球；401、小孔；402、蓄冷液体；5、灌入口；6、塞子。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-5所示，根据本发明实施例的3D打印可贴合面冷敷康复装置及其制备方法，包括冷敷本体1，其中，所述冷敷本体1为薄壁中空容器结构，且所述冷敷本体1内部注有冷敷溶液，所述冷敷本体1的横截面为扇形结构，所述冷敷本体1的内侧为冷敷部位紧密贴合的冷敷曲面，所述冷敷本体1的内侧两端分别均设置有固定带2，所述冷敷本体1远离所述冷敷曲面的一侧均匀排列开设有若干凹坑3，所述凹坑3的内部设置有冷源小球4，所述冷敷本体1的顶端开设有灌入口5，所述冷敷本体1的顶端且位于所述灌入口5的一侧设置有与所述灌入口5相配合的塞子6。
在一个实施例中，所述冷源小球4的侧壁开设有小孔401，所述小孔401处填充有TPU胶，所述冷源小球4的内部注有蓄冷液体402，且所述冷源小球4的薄壁厚度为0.8-2mm，所述冷源小球4的直径根据冷敷面积设计为10-40mm。
在一个实施例中，所述蓄冷液体402包括纯净水、生理盐水或凝胶中的至少一种，且所述蓄冷液体402的体积为所述冷源小球4内部体积的3/4。
在一个实施例中，所述冷敷本体1的薄壁壁厚为1-2mm，且所述灌入口5的直径为5-10mm。
在一个实施例中，所述固定带2为绑带或魔术贴中的一种。
具体的，冷敷本体1为薄壁容器结构，可预填充用于冷敷液体，使冷却均匀缓慢作用；固定带2为绑带或者魔术贴，作用是可穿戴；冷源小球4内部容积预填充蓄冷液体402，然后用TPU胶封死小孔401，蓄冷液体402完全封闭使用前放冰箱冷冻，可随意替，换受一定压力作用，可以局部滚动，按摩冷敷部位增加冷敷效果和防止血栓形成；灌入口5为冷敷本体1预填充液体入口；塞子6可用胶粘结堵死，冷敷本体填充液体后，堵塞作用，防止漏液。
如图6所示，根据本发明的实施例，还提供了一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法。
该3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面点位坐标数据；
步骤S102，将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型；
步骤S103，将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角；
步骤S104，将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型；
步骤S105，将所述阴模模型进行薄壳冷敷产品结构设计，薄壁厚度保证1-2mm之间，薄壁上开设直径为5-10mm开孔作为冷敷溶液灌入口；
步骤S106，在所述阴模模型远离冷敷曲面的一侧设计有若干可放入冰好薄壁小球的凹坑，制得冷敷本体模型；且所述小球的薄壁厚度为0.8-2mm，所述小球的直径根据冷敷曲面的面积设计为10-40mm；
步骤S107，在所述小球上开设小孔，预先注入3/4容积的蓄冷液体，并用TPU胶封闭小孔，制得冷源小球模型；
步骤S108，将设计好的所述冷敷本体模型和所述冷源小球模型通过三维图形处理软件转换为STL格式文件，并生成STL模型；
步骤S109，将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品，制得冷敷本体1和冷源小球4；
步骤S110，打印完成后，清掉多余的粉末，并用TPU溶剂液体对产品表面进行光滑和防漏处理。
具体的，在使用时，将充有蓄冷液体的小球放入冰箱冰冻一定时间，然后嵌入冷敷本体，冷敷本体与冷敷部位贴合。
在一个实施例中，利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面数据还包括以下步骤：
解析所述部位的文件信息；
对所述部位文件进行中心检测，得到初始中心集C0(x，y)；
对所述初始中心集C0(x，y)进行误差平方和SSE处理，得到边界元素对应的中心点；
确定所述边界元素所对应的泰森多边形；
根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
在一个实施例中，将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型还包括以下步骤：
将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行点云处理；
经过反求点云转变为片体，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型。
在一个实施例中，将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角还包括以下步骤：
对所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分依次进行剔除冗余数据处理、参数消除处理、数据平滑处理及数据网格化处理。
在一个实施例中，将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型还包括以下步骤：
根据所述拟合模型选取多个预划分面；
通过所述多个预划分面将所述拟合模型划分为多个空间子区域；
分别每个所述空间子区域构建BSP树；
对多个所述空间子区域的BSP树进行布尔运算，得到模型网格；
对所述模型网格进行优化得到所述阴模模型。
此外，在具体应用时，本发明所提供的仅为大腿部冷敷护理装置的演示，实际中可根据人体各部位按照本方法制造冷敷装置，如背部，肩部，手臂，脸部等等。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明提供的冷敷本体的冷敷面为全贴合需要冷敷的表面，达到“随形冷敷”的目的，冷敷效果较好；本发明提供的冷敷本体可穿戴，使用方式多样化，更方便；本发明提供的冷敷本体里充有蓄冷液体，使冷敷部位冷却更加均匀；本发明提供的冷敷本体和冷源小球实现冷源分离结构，蓄冷液体为全封闭，使用方便，不易漏液；本发明提供的冷敷本体和冷源小球的冷源分离结构可以承受更大的压力，可以边按摩边冷敷，杜绝静脉血栓的形成；本发明提供的冷源小球可以随时替换，使用方便。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印可贴合面冷敷康复装置，其特征在于，包括冷敷本体(1)，其中，所述冷敷本体(1)为薄壁中空容器结构，且所述冷敷本体(1)内部注有冷敷溶液，所述冷敷本体(1)的横截面为扇形结构，所述冷敷本体(1)的内侧为冷敷部位紧密贴合的冷敷曲面，所述冷敷本体(1)的内侧两端分别均设置有固定带(2)，所述冷敷本体(1)远离所述冷敷曲面的一侧均匀排列开设有若干凹坑(3)，所述凹坑(3)的内部设置有冷源小球(4)，所述冷敷本体(1)的顶端开设有灌入口(5)，所述冷敷本体(1)的顶端且位于所述灌入口(5)的一侧设置有与所述灌入口(5)相配合的塞子(6)。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置，其特征在于，所述冷源小球(4)的侧壁开设有小孔(401)，所述小孔(401)处填充有TPU胶，所述冷源小球(4)的内部注有蓄冷液体(402)，且所述冷源小球(4)的薄壁厚度为0.8-2mm，所述冷源小球(4)的直径根据冷敷面积设计为10-40mm。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置，其特征在于，所述蓄冷液体(402)包括纯净水、生理盐水或凝胶中的至少一种，且所述蓄冷液体(402)的体积为所述冷源小球(4)内部体积的3/4。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置，其特征在于，所述冷敷本体(1)的薄壁壁厚为1-2mm，且所述灌入口(5)的直径为5-10mm。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置，其特征在于，所述固定带(2)为绑带或魔术贴中的一种。
6.一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，用于权利要求5所述3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备，包括以下步骤：
利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面点位坐标数据；
将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型；
将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角；
将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型；
将所述阴模模型进行薄壳冷敷产品结构设计，薄壁厚度保证1-2mm之间，薄壁上开设直径为5-10mm开孔作为冷敷溶液灌入口；
在所述阴模模型远离冷敷曲面的一侧设计有若干可放入冰好薄壁小球的凹坑，制得冷敷本体模型；且所述小球的薄壁厚度为0.8-2mm，所述小球的直径根据冷敷曲面的面积设计为10-40mm；
在所述小球上开设小孔，预先注入3/4容积的蓄冷液体，并用TPU胶封闭小孔，制得冷源小球模型；
将设计好的所述冷敷本体模型和所述冷源小球模型通过三维图形处理软件转换为STL格式文件，并生成STL模型；
将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品，制得冷敷本体(1)和冷源小球(4)；
打印完成后，清掉多余的粉末，并用TPU溶剂液体对产品表面进行光滑和防漏处理。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，利用三维扫描仪扫描人体需要冷敷的部位，并获得所述部位的外形曲面数据还包括以下步骤：
解析所述部位的文件信息；
对所述部位文件进行中心检测，得到初始中心集C0(x，y)；
对所述初始中心集C0(x，y)进行误差平方和SSE处理，得到边界元素对应的中心点；
确定所述边界元素所对应的泰森多边形；
根据所述边界元素到所述泰森多边形的最大偏移距离和预定的偏移距阈值，生成针对所述边界元素的扫描路径段。
8.根据权利要求6所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行编辑处理，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型，并利用曲面多边形原则对所述三维模型布点，生成所述三维模型的高度拟合模型还包括以下步骤：
将所述外形曲面点位坐标数据导入逆向工程软件进行点云处理；
经过反求点云转变为片体，并删除所述部位外多余的影像获得三维模型。
9.根据权利要求6所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，将所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分编辑处理成光滑圆角还包括以下步骤：
对所述拟合模型中曲率变化太急剧的尖角部分依次进行剔除冗余数据处理、参数消除处理、数据平滑处理及数据网格化处理。
10.根据权利要求6所述的一种3D打印可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，将光滑处理后所述拟合模型导入三维图形处理软件，并采用布尔运算求出所述拟合模型对应的阴模模型还包括以下步骤：
根据所述拟合模型选取多个预划分面；
通过所述多个预划分面将所述拟合模型划分为多个空间子区域；
分别每个所述空间子区域构建BSP树；
对多个所述空间子区域的BSP树进行布尔运算，得到模型网格；
对所述模型网格进行优化得到所述阴模模型。
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