CN110509548A - 一种基于sls技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法 - Google Patents

一种基于sls技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，包括以下步骤：扫描人体需要冷敷的部位，获得部位的外形曲面数据；将外形曲面数据编辑处理，利用曲面多边形原则对三维模型布点，生成拟合模型；将拟合模型进行光滑圆角处理；采用布尔运算求出拟合模型对应的阴模模型；将阴模模型进行薄壳冷敷产品结构设计；在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；在小球上开小孔，预先注入3/4容积的蓄冷液体，并封闭小孔；将设计好的阴模模型和小球转换为STL格式文件；将STL模型导入SLS三维打印机打印出TPU弹性产品；清掉多余粉末，并对产品表面进行光滑和防漏处理。

Description

一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体来说，涉及一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法。
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，本发明提出一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，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：
一种基于SLS技术的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，所述SSE的计算公式为：
其中，Ci是第i个簇，p是Ci中的样本点，di是Ci中所有样本的均值；
对检测到的两组中心集C1(x，y)和C2(x，y)求取其中心点O1(a，b)和O2(a，b)作为初始中心；
以初始中心为中心，长度R为半径，半径R所形成的圆要包含各自中心集的集中部分，删除在圆以外的点即异常点；
对集中部分的中心集再次求取中心点，重复迭代w次得到O3(a，b)和O4(a，b)。
进一步的，对所述部位文件进行中心检测之前还包括以下步骤：
对解析的所述部位的文件信息进行去噪；
选取大小为S的邻域，以强度值的大小排列邻域内的像素值，选择排列像素集合里的中间值作为异常点的新值。
进一步的，确定所述边界元素所对应的泰森多边形还包括以下步骤：
基于所述边界元素与其他边界元素之间的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段；
基于属于所述边界元素的所有平分线段生成所述对应的泰森多边形；
其中，平分线段属于定义它的两个边界元素所有。
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。
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。
进一步的，将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品还包括以下步骤：
将所述STL模型置于三维坐标系中，并使所述STL模型的打印方向与三维坐标系的z轴的方向重合；
获取所述STL模型映射在z轴方向上最大值和最小值；
以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设打印层厚度，对所述STL模型进行分层，获得多层打印层的图形数据。
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基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法流程图。
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，提供了一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于SLS技术的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，制得冷敷本体和冷源小球；
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，所述SSE的计算公式为：
其中，Ci是第i个簇，p是Ci中的样本点，di是Ci中所有样本的均值；
对检测到的两组中心集C1(x，y)和C2(x，y)求取其中心点O1(a，b)和O2(a，b)作为初始中心；
以初始中心为中心，长度R为半径，半径R所形成的圆要包含各自中心集的集中部分，删除在圆以外的点即异常点；
对集中部分的中心集再次求取中心点，重复迭代w次得到O3(a，b)和O4(a，b)。
在一个实施例中，对所述部位文件进行中心检测之前还包括以下步骤：
对解析的所述部位的文件信息进行去噪；
选取大小为S的邻域，以强度值的大小排列邻域内的像素值，选择排列像素集合里的中间值作为异常点的新值。
在一个实施例中，确定所述边界元素所对应的泰森多边形还包括以下步骤：
基于所述边界元素与其他边界元素之间的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段；
基于属于所述边界元素的所有平分线段生成所述对应的泰森多边形；
其中，平分线段属于定义它的两个边界元素所有。
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。
在一个实施例中，所述蓄冷液体包括纯净水、生理盐水或凝胶中的至少一种。
在一个实施例中，将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品还包括以下步骤：
将所述STL模型置于三维坐标系中，并使所述STL模型的打印方向与三维坐标系的z轴的方向重合；
获取所述STL模型映射在z轴方向上最大值和最小值；
以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设打印层厚度，对所述STL模型进行分层，获得多层打印层的图形数据。
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。
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)

1.一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的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。
3.根据权利要求2所述的一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，所述SSE的计算公式为：
其中，Ci是第i个簇，p是Ci中的样本点，di是Ci中所有样本的均值；
对检测到的两组中心集C1(x，y)和C2(x，y)求取其中心点O1(a，b)和O2(a，b)作为初始中心；
以初始中心为中心，长度R为半径，半径R所形成的圆要包含各自中心集的集中部分，删除在圆以外的点即异常点；
对集中部分的中心集再次求取中心点，重复迭代w次得到O3(a，b)和O4(a，b)。
4.根据权利要求2所述的一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，对所述部位文件进行中心检测之前还包括以下步骤：
对解析的所述部位的文件信息进行去噪；
选取大小为S的邻域，以强度值的大小排列邻域内的像素值，选择排列像素集合里的中间值作为异常点的新值。
5.根据权利要求2所述的一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，确定所述边界元素所对应的泰森多边形还包括以下步骤：
基于所述边界元素与其他边界元素之间的平分线，并利用过边界元素端点且垂直于边界元素的射线将平分线截断为平分线段；
基于属于所述边界元素的所有平分线段生成所述对应的泰森多边形；
其中，平分线段属于定义它的两个边界元素所有。
6.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的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。
7.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的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。
8.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的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。
9.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，所述蓄冷液体包括纯净水、生理盐水或凝胶中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的一种基于SLS技术的可贴合面冷敷康复装置的制备方法，其特征在于，将所述STL模型导入SLS三维打印机，进行切片并打印出TPU弹性产品还包括以下步骤：
将所述STL模型置于三维坐标系中，并使所述STL模型的打印方向与三维坐标系的z轴的方向重合；
获取所述STL模型映射在z轴方向上最大值和最小值；
以z轴上的最小值到z轴上的最大值为方向，根据预设打印层厚度，对所述STL模型进行分层，获得多层打印层的图形数据。
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