CN111741838A - 用于3d打印的可调打印床 - Google Patents

Abstract

根据一个方面，提供了一种用于方便三维(3D)扫描和打印的插脚板工具，其包括：并行插脚的阵列(301)，其中当该插脚板工具为空时，该阵列中的并行插脚在纵向上对齐；保持阵列的夹具(303)；以及锁定装置(302)，其配置为在被触发时将并行插脚的阵列锁定就位，以提供用于3D打印物体的打印床，该物体具有对应于由锁定就位的该阵列所形成的图案的表面，其中，所述并行插脚被配置为，当锁定装置未被触发且物体被推靠向并行插脚时，其能够在并行插脚的纵向上彼此独立地自由移动，移动范围等于或小于每个并行插脚的长度。本申请还涉及一种3D扫描和打印系统(300)，以及涉及一种用于三维(3D)扫描和打印的方法。

Description

用于3D打印的可调打印床

技术领域

本发明涉及物体的3D扫描和打印，并且特别地涉及通过减少对支撑材料的需求来方便物体的3D扫描和打印。

背景技术

以下背景描述技术可以包括见解，发现，理解或公开，或关联以及本发明之前相关领域未知但由当前公开提供的公开。可以在下面具体指出本文公开的一些这样的贡献，而本公开内容所包含的其他这样的贡献，根据它们的上下文，本发明将是显而易见的。

3D打印指的是基于所述物体的三维计算机模型创建三维物体的过程。例如，可以使用计算机辅助设计(CAD)软件包或3D扫描仪来创建三维计算机模型。3D打印已在许多领域中找到了应用，从创建汽车的定制零件到工业或研究的快速原型制作到医疗应用。

可以使用3D打印的医学应用程序的一个流行示例是制造矫形石膏以支持骨折愈合。大多数模型仍以传统的方式由棉绷带与石膏(也称为巴黎石膏或石膏灰泥)结合制成，这些石膏在被弄湿后会变硬。尽管石膏模型被广泛使用，但它们有几个明显的局限性。石膏模型通常会在治疗过程中使肢体无法触及，从而导致石膏下面的皮肤变得干燥和鳞屑。此外，它们相对较重，如果弄湿可能会破裂，并且在不破坏石膏的情况下无法去除。3D打印模型可以克服许多或所有上述限制。

通常，准备3D打印模型的过程开始于对感兴趣的身体部位进行3D表面扫描。还可以执行其他医学扫描，例如X射线扫描，计算机断层扫描(CT)扫描或磁共振成像(MRI)扫描。而且，在某些情况下，仍可以根据所执行的扫描手动地准备模型的最终设计。3D打印本身可以使用例如熔丝制造(FFF)技术，其中热塑性材料的连续丝通常通过打印头的喷嘴沉积(通常是分层的)，以形成3D打印物体或激光烧结技术，其中使用大功率激光器烧结粉末状材料，将材料粘合在一起以形成固体3D结构。

但是，目前用于3D打印模型的技术存在一些限制。通过使用熔融长丝制造技术制造的3D打印物体的机械性能受到限制，因为这些物体通常仅由聚合物组成。另一方面，激光烧结技术要求使用昂贵的高功率激光器，这意味着这些技术不像其他3D打印技术那么容易获得。此外，用于该特定应用的大多数当前的3D打印过程具有需要相对长的制造时间的缺点。例如，使用常规的熔融长丝沉积技术对模型进行3D打印可能需要几个小时到几天。在某些情况下，大部分的打印时间被支撑结构的3D打印所消耗，这些支撑结构从最终的3D打印模型中移除，这也可能花费大量的时间。因此，最小化对支撑结构的需求将导致减少的3D打印时间以及减小的3D打印部件的体积，并显着提高3D打印用于此特定应用程序的可行性。

发明内容

以下呈现了本文公开的特征的简化概述，以提供对本发明的一些示例性方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述。其无意于标识本发明的关键/重要元素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文公开的一些概念，作为更详细描述的序言。

根据一个方面，提供了独立权利要求的主题。实施例在从属权利要求中定义。

在附图和以下描述中更详细地阐述了实现的一个或多个示例。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征将显而易见。

附图说明

在下文中，将参考附图通过优选实施例更详细地描述本发明，其中

图1示出了根据本发明示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；

图2示出了根据本发明示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；

图3示出了根据本发明示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；

图4示出了根据本发明示例性实施例的一对插脚板工具；

图5示出了根据本发明示例性实施例的握持机构。

图6示出了根据本发明示例实施例的3D扫描仪/打印机系统；

图7示出了根据本发明示例性实施例的插脚板工具；

图8和9示出了根据本发明的示例性实施例的插脚板工具的锁定机构；

图10示出了根据本发明示例性实施例的插脚板工具；

图11是示出根据本发明示例性实施例的3D扫描/打印过程的流程图；以及

图12示出了根据本发明实施例的控制计算机。

具体实施方式

以下实施例是示例性的。尽管说明书可能在多个位置引用“一个”，“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每个此类引用均指的是同一实施例，或者该功能仅适用单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合以提供其他实施例。此外，词语“包括”，“包含”和“包含”应被理解为不将所描述的实施例限制为仅由已经提及的那些特征组成，并且这些实施例还可以包含尚未被特别提及的特征/结构。

图1示出了根据本发明实施例的示例性系统，该系统用于诸如受伤的手腕的物体的3D扫描以及3D打印。所示的系统100包括插脚板工具110，插脚板工具110又包括至少一个形成插脚板自身的并行插脚的阵列101以及用于将所述并行插脚的阵列锁定就位的锁定装置102。插脚板工具110还可包括用于保持该组并行插脚的固定装置103或框架103。该系统可以进一步包括3D扫描仪130、3D打印机140和控制计算机150，其可以连接到3D扫描仪130和3D打印机140以及插脚板工具110。在该示例中，待扫描的、且所产生的扫描将在随后的3D打印中使用的物体为人类的右手120。

在一些实施例中，系统100可能不包括控制计算机150，在这种情况下，可能不会自动使用3D扫描仪130和3D打印机140。替代地，可以由一个或多个技术人员手动和/或分别地操作3D扫描仪130和3D打印机140。在一些实施例中，3D扫描仪130和3D打印机140中的每一个可以具有它们自己的控制计算机。插脚板工具110可以手动操作，或者可以由控制计算机(可以是控制计算机150)进行远程控制。插脚板工具110、3D扫描仪130和3D打印机140可以位于同一设备内，在同一房间或不同位置(即不同房间甚至建筑物)内。在一个实施例中，3D扫描仪130和3D打印机140被包括在单个3D扫描/打印设备或系统中。

并行插脚的阵列101可以根据规则的栅格(例如，如图1所示的矩形栅格)在与并行插脚的纵向垂直的平面上进行组织/编排。相应的一组孔(或穿孔)103'可以布置在固定装置103上，以允许并行插脚的阵列101穿过固定装置103。阵列101中的并行插脚可以与阵列101中的相邻插脚具有相等的间隔并且可以具有相同的长度。在一些实施例中，阵列101中的每个并联插脚可以与其相邻的插脚接触。在这种情况下，固定装置103对于每个并行的插脚可以不具有单独的孔，而对于整个阵列101可以具有单个大孔(或开口)。阵列101(即，阵列的轮廓)可以是任何形状的。形状，例如图1中所示的矩形，椭圆形或球形。

而且，阵列101中的并行插脚可以在一定的移动范围内沿其纵向自由地移动，但是可以被固定在与纵向正交的方向上。移动范围可以等于或小于并行插脚的长度。插脚可以是具有例如圆形，椭圆形或矩形横截面的金属或塑料圆柱体。每个插脚的另一端(图1中朝上的一端)的横截面可能比固定装置103中相应孔103'的横截面略大(为清楚起见，仅在图1中显示)。例如，插脚可以是(钝的)钉子，其朝向使得钉子的扁平头部防止钉子掉落通过固定装置103中的相应孔103'，如图1中的插图所示。所述横截面稍大的部分可能不位于插脚的任何一端，而是较靠近插脚的中部。

在一些实施例中，穿过固定装置103的阵列101中的并行插脚的顶端或底端可以附接到一形成连续表面的单个弹性层(图1中未示出)，以便于物体120的3D扫描和3D打印，如将在后面描述的。在一些情况下，可以将单独的弹性层附接到阵列101中的并行层插脚的顶端和底端中的每一个上，以形成两个连续的表面，一个连续表面在阵列101的顶部上，而一个在阵列101下面。在一些情况下，可以将多个相邻的弹性层组合以形成连续的表面。该弹性层例如可以是柔性膜或网。

固定装置103可以包括两个层(平面结构元件)：上层保持并行插脚的阵列101，下层通过例如螺栓或螺钉从下方附接到上层，并对要扫描的物体120提供支持。为了确保并行插脚始终保持直立位置(即，防止并行插脚倾斜)，上层可以包括一个相对较厚的材料层(如图1中的插图所示)或彼此叠置的两个较薄的材料子层，每个子层包括一组孔103'。在一些实施例中，固定装置可以仅包括上层。锁定装置可以集成到固定装置103中。例如，在并行插脚与相邻插脚接触的实施例中，锁定装置可以包括单个带夹，或更一般地，集成到固定装置103中、并围绕并行插脚的阵列101组织/布设的一个或多个夹。在一个实施例中，上层和下层之间的间隔可以调节，以便于扫描不同尺寸的物体。为了清楚起见，虽然在图1中将固定装置呈现为透明，但是固定装置也可以是部分或完全不透明的。

当锁定装置102没有接合并且没有力施加到插脚时，阵列101的所有插脚的端部可以在纵向上对准。然而，当以不均匀的方式向阵列101施加力时，例如，当从下方将物体120(在所示示例中为右手)推向阵列101时，阵列中的一些插脚101将受迫从阵列的另一侧突出不同的程度，而其他的则保持在其初始位置。该过程的结果是通过阵列101中的插脚的上端来再现物体120的形状——其中该物体120从下方推压并行插脚的阵列101。

为了防止一旦将物体从阵列101下方移走物体120的该再现形状就消失了，可以激活锁定装置102，其导致阵列101中的插脚被锁定就位，直到再次释放锁定为止。锁定装置可以实现为例如物理握持机构，例如夹。例如，可以布设共享的夹紧握持机构，以将整个阵列101同时固定在适当的位置。共享的夹紧或握持机构可以基于夹，例如带夹，或者基于围绕并行插脚的阵列101布设的多个夹，所述多个插脚优选地彼此接触，使得利用带夹夹紧外部插脚会导致内部插脚也将被夹紧，如将参照图5进行详细描述。在一些实施例中，可以布设两个或更多个夹或握持机构(例如，夹或带夹)，以便每个握持机构用于在阵列101中锁定特定的一组两个或多个并行插脚(两个或多个并行插脚彼此夹紧和/或固定)。在一些实施例中，连接到阵列101中的每个并联插脚或一些并联插脚的马达或致动器可以用作锁定装置、以及用于并联插脚的自由控制，如将参照图6详细描述的。例如，当控制计算机检测到物体被放置在插脚板工具110内时，锁定装置102可以被手动地激活，或被控制计算机150自动地激活。

由并行插脚的阵列101再现的(或者确切地说，由并行插脚的阵列101中的并行插脚的突出端再现的)、并且由锁定装置102锁定就位的物体120的形状可以通过3D扫描仪130进行三维扫描，以产生3D的形状模型。如果将柔性膜附接到针床的一侧，则3D扫描仪可以替代地扫描在该柔性膜中再现的3D表面。显然，3D模型仅对应于物体的一侧(即，压在并行插脚阵列上的一侧)。3D扫描仪可以采用任何当前或将来的接触式(通过物理触摸探测)或非接触式(通过辐射探测)3D扫描器技术。例如，3D扫描仪130可以是坐标测量机(CMM)或飞行时间法3D激光扫描仪。

3D扫描仪130可以首先基于由3D扫描仪130执行的测量来生成3D点云。3D点云可以包括与并行插脚的阵列101表面上的多个点相对应的x，y和z坐标值。可以将所得的3D点云和3D扫描仪130产生的任何其他结果输出到控制计算机150。此后，3D扫描仪130或控制计算机150可以基于3D点云中的点推断/外推出物体的形状，创建扫描表面的3D模型。此后，可以将扫描的表面传送到3D打印软件，该软件将该表面理解为3D打印床，在其上可以对要复制的3D物体进行3D打印。

在本发明的实施例中，对并行插脚锁定阵列101的扫描可以与通过锁定阵列101捕获物体120的形状在不同的位置分开地进行。而且，可以对并行插脚的阵列101的任一侧相同地进行扫描，因为两侧都包含关于物体120的形状的相同信息。阵列101与固定装置103的一部分(例如，固定装置103的上层)可以从设置的其余部分移走，以便可以轻松地将其移动到3D扫描仪可用的其他位置。

在3D扫描仪130和/或控制计算机150已经生成物体120形状的3D模型之后，可以由3D打印机140打印基于所述3D模型的三维物体。3D打印机140可以是采用任何当前或将来的3D打印技术的3D打印机。例如，3D打印机可以使用熔丝制造(FFF)，其中3D打印物体201是通过挤出立即固化以形成层的材料的小珠子或流来生产的。3D打印机140可以具有多个可能具有不同尺寸的喷嘴，其可以用于打印不同的材料。例如，用于印刷的一种或多种材料可包括例如热塑性塑料的聚合物，金属，金属合金，灰泥和橡胶。再举一个例子，在一些实施例中，诸如直接金属激光烧结(DMLS)，选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)的激光烧结技术可以用于3D打印。在激光烧结中，高功率激光用于通过将金属粉末局部熔化而将其熔化(“烧结”)成固体零件。以这种方式逐层累加地构建3D打印物体。

在一些实施例中，用于3D打印的材料可以是可光固化的，即，该材料可以由于与可见或近可见范围(例如，紫外线范围)中的电磁辐射相互作用而硬化。在其他实施例中，可以通过一个或多个化学反应来实现材料的类似硬化。前述技术的优点在于，在打印之前不必加热3D打印机的相应喷嘴。

由于在图1所示的实施例中仅捕获了物体120的一侧，因此三维打印物体并不完全对应于扫描物体120，而是包括与物体120的扫描表面相对应的单个表面。例如，3D打印物体可以是相对薄但是坚固(即，形状保持)的三维材料层，其具有一定厚度并且遵循物体120的扫描表面的形状。在一些实施例中，3D打印物体可以是一块更厚重的材料，其一侧对应于物体120的扫描表面。

3D打印可以直接在并行插脚的阵列101的顶部上进行，并行插脚的阵列101仍被锁定装置102锁定在与3D扫描期间相同的位置。换句话说，并行插脚的阵列101(或连接至阵列101的并行插脚的端部的弹性材料层)可以用作3D打印机140在其上添加材料的印刷床。在3D扫描仪130和3D打印机140被包括在单个3D扫描/打印设备或系统中的实施例中，整个插脚板工具110可以在整个3D扫描和打印过程中保持在相同位置。图2示出了在3D打印之后的图1的3D扫描/打印系统，示出了3D打印在并行插脚的阵列101的顶部上的3D打印物体201。应当理解，在图2中的3D打印物体201中可见的层仅是说明性的，并不意味着反映3D打印物体或所使用的3D打印方法的组成或质量。通过将并行插脚的阵列101用作3D打印的打印床，在3D打印过程中不需要对3D打印物体201的额外支撑，因为并行插脚的阵列101的表面遵循3D的表面打印的物体。常规上，用于3D打印的给定物体的支撑结构需要预先准备，和/或使用特殊的支撑材料与实际的3D打印物体同时打印。支撑材料可能会粘在3D打印物体上，这意味着可能需要进行大量工作(例如，将支撑材料打磨或化学溶解支撑材料)，才能以干净的方式从3D打印物体中移除支撑材料。尽管进行了这些额外的工作，但使用支撑材料仍可能会导致污点或表面粗糙。最后，对于用于支撑结构的支撑材料的需求也可能增加3D打印的总成本。

考虑到3D打印模型用于促进骨折康复的应用，上述适形薄材料层可以为骨折区域(即被3D扫描的区域)提供完美支撑，同时与传统石膏模型相比还可能重量相对更轻。为了使3D打印模型更加轻巧，3D打印物体可能具有巢状或穿孔结构。穿孔或巢状3D打印模型除轻巧外还具有其他优势，例如在模型下方为皮肤提供透气性，从而改善皮肤的健康状况，并在模型导致发痒的情况下为患者提供抓挠模型下方皮肤的通路。例如，可以使用纱布将3D打印物体201紧固在骨折所在的身体部位周围。可以修改3D打印物体201，例如，在用于创建模型之前，可以删除一些不需要用于支撑骨折区域的部分。可以基于两个3D扫描来制备包围整个身体部位(最有可能是四肢)的全3D打印模型，这将在本发明的后续实施例中描述。

在一些实施例中，物体201可以使用多种不同的材料进行3D打印，其中一些可以是基于纤维的材料。例如，可以仅使用由连续纤维增强材料和热塑性基质聚合物组成的单丝对物体201进行3D打印。纤维增强也可以是未浸渍的纤维束的形式，其是使用光敏或可热固化的聚合物在喷嘴内浸渍的。

在本发明的一个实施方案中，以下印刷材料可以用于聚合物和连续纤维增强：

·聚合物(聚合物线)可以采用直径为0.1-5mm的连续长丝形式。聚合物喷嘴的内径以及印刷线的宽度可以很细(最好均为0.1–1.8mm)。

·纤维增强可以采用相对较粗的细丝形式(0.1–10mm)。因此，纤维喷嘴的内径可以是0.1–20mm，打印线的宽度可以是0.2–40mm。

与聚合物层的层厚相比，利用3D打印机打印部件中的纤维增强可能具有更厚的层厚。因此，在只有一个纤维层覆盖的同一高度上可能有数个聚合物层。纤维层可以嵌入在被打印部件内部。由于大部分打印时间通常是由对被打印部件进行填充而消耗掉了，因此部件内部层厚的增加可能会减少打印时间。

图3示出了对应于本发明的实施例的可选择的3D扫描/打印系统300。所示的可选择的系统300在很大程度上对应于图1和2所示的系统。元件330、340、350可对应于图1和2的元件130、140、150。两个系统之间的区别在于，在3D扫描过程中待扫描物体120相对于并行插脚阵列的取向，以及并行插脚阵列301附接于夹具303的方式。在扫描过程中，物体120布置在并行插脚阵列301的顶部。在没有物体布置在插脚上时，阵列301中的并行插脚可以从夹具303突出，并且该并行插脚可以被待扫描物体120向下推。阵列301中的并行插脚可以附接到夹具303，使得仅靠重力不足以将其向下拉动穿过夹具303中的相应孔，但是如果从上方向其施加相对较小的物理力时，它们可以移动。例如，在一些实施例中，多个弹簧可以连接在并行插脚和夹具303之间。在其他实施例中，每个并行插脚的一端可以插入液体填充管中。通过控制管中的液位，可以将并行插脚锁定就位。在其他实施例中，阵列301中的每个或一些并行插脚可以连接到致动器或马达，这将参照图5详细描述。

在该实施例中，由并行插脚阵列301形成的图案是凹形的，而在图1和图2的实施例中，它是凸形的(从使用者的视角来看)。然而，假设被推靠向该表面的物体120的表面相同，则在该两个图案中可以包含关于被扫描物体120的表面的相同信息。但是，图1和2及图3中并非如此。

在图3所示的示例中，手掌侧的形状被并行插脚阵列301捕获，而在图1和2所示的示例中，手背(hardel)的形状被并行插脚阵列101捕获。换句话说，被锁定阵列101、301的两次扫描提供了关于物体的不同信息。该信息可以被组合，以形成物体的完整3D模型。此外，这两次扫描可用于3D打印两个部件，当这些部件组合在一起(例如粘合在一起)时，可以形成完整的3D打印模型。显然，可以用两个系统100、300中的任何一个进行两次单独的3D扫描来获得相同的结果。但是，将身体部位、尤其是骨折的身体部位旋转180°进行另一次扫描可能会给患者带来困难甚至痛苦。因此，使用两个分开的并行插脚阵列扫描物体的不同侧面可以带来很大好处。

通过提供可以允许同时扫描物体的两个侧面——或者更准确地说，扫描与物体的相对侧面相对应的两个被锁定的并行插脚阵列——的3D扫描/打印系统，甚至可以进一步方便3D扫描。图4示出了本发明的这种实施例。具体地，图4示出了3D扫描过程的两个不同阶段。在图4(a)中，待扫描物体120处在使两个锁定装置402、402'待被触发的位置，两个锁定装置402、402'用于将两个阵列401、401'的并行插脚锁定就位。物体120使阵列401、401'的一些插脚突出，从而物体的顶侧面和底侧面的形状分别由阵列401、401'所形成的顶表面和底表面(图案)进行复制。通过触发锁定装置402、402′，这两个图案可以被锁定就位。在所示位置，可能很难在并行插脚的两个阵列之间插入任何物体。因此，两个插脚板工具410、410'可以容易地彼此拆分开来，以有助于插入物体120。在一个实施例中，插脚板工具410、410'中的一者或两者可以安装在可移动支架或平台上，以方便系统的操作。在图4(b)中，两个锁定装置402、402'已经被触发，物体120已经从两个插脚板工具410、410'之间被移除，并且两个插脚板工具401、402、403、401'、402'、403'、404'已经被拉开。如图4(b)所示，物体120的顶表面和底表面已分别被顶插脚板工具410和底插脚板410'捕获。元件404'表示在该示例中被附接到底部阵列401'中的并行插脚的顶端以促进3D扫描和打印的弹性层。尽管未在图4中明确显示，相似的弹性层也可以附接到顶部阵列401中的并行插脚的底端(和/或顶端)。

尽管未在图4中示出，但图1至图3所示的3D扫描仪、3D打印机和控制计算机也可以以关于图1至图3所述基本相同的方式结合图4的实施例来使用。当如图4(b)所示将装置"打开"时，可以同时对两个插脚板工具410、410'进行3D扫描，或者可以对两个插脚板工具410、410'分别进行3D扫描。可以使用各自的被锁定的插脚板工具410、410'作为打印床分别对两个3D打印部件进行3D打印，并例如使用粘合剂进行组合以制成完整的三维物体(例如模型)。

尽管如图4所示使用两个布置在物体相对侧面的插脚板工具使得能够准确地捕获许多相对简单和/或平坦的物体(例如人的手或手腕)的形状，但是，具有更细节几何结构(尤其是在物体的与两个插脚板工具正交的侧面上)的物体的形状仍然可能无法捕获。为了克服这个问题，可以通过使用围绕物体布置的三个或更多个插脚板工具来进一步推广根据先前实施例的使用插脚板工具捕获物体形状的概念。具体地，可以布置两个或更多个插脚板工具，使得两个或更多个插脚板工具的并行插脚平行于穿透物体且面向物体的公共平面，并且两个或更多个插脚板工具中的所有相邻插脚板工具之间的角度间隔相等。角度间隔可以对应于从公共平面中的物体中心(即，公共平面与物体之间的相交区域的几何中心，或所述相交区域中的某个其他点)观察到的角度间隔。例如，代替使用两个插脚板工具仅捕获物体的顶部和底部表面，可以以所描述的方式以120°/90°/72°/60°间隔围绕物体布置三个、四个、五个或六个插脚板工具。以足够的精度捕获物体形状所必需的插脚板工具的数量取决于物体的形状以及所需精度水平。可选择地，可以在物体的每一侧面(即，围绕物体的立方体的每一侧面)上以三个维度布置插脚板工具，以更充分地捕获物体的形状。显然，如果要捕获的物体是肢体，则这种配置是不可能的，尽管如果要捕获的是肢体的末端(例如脚部而不是膝盖或脚踝)则仍然可以使用五个插脚板工具。

如前所述，一个或多个夹子可以用作锁定装置，以将并行插脚阵列锁定就位，以进行3D扫描和打印。图5示出了根据本发明一实施例的用于卡紧并行插脚阵列的带夹的一种示例性的简化的实现方式。

参照图5，为了清楚起见，示出了没有夹具的并行插脚阵列501，但是应当理解，所示的卡紧结构可以结合前面讨论的本发明的任何实施例来实现。在本发明的图示实施例中，要求相邻并行插脚之间的距离足够小，以使得单个带502在围绕阵列501被束紧时可用于将整个阵列501固定就位。在这种情况下，夹具可能不具有用于每个并行插脚的单独的孔(如图1中的插图所示)，而是具有用于整个阵列的单个大孔，如参照图1所述。

所示的带夹包括两部分：带502和束紧装置503。包围并行插脚阵列501的带502(也称为扎带或条带)可以由各种材料制成，例如金属或织带。束紧装置503可以包括螺钉或棘轮机构，当手动或自动操作时，该螺钉或棘轮机构使包围阵列501的带502的周长变短，从而锁定阵列501。在所示的示例中，可以通过简单地转动(旋转)束紧装置503的手柄或把手来束紧该带502。在一些实施例中，束紧装置503可以连接根据任一前述实施例的控制计算机，以使得能够经由控制计算机进行锁定。

在一些实施例中，一个或多个支撑结构(图5中未示出)可以被布置成保持和引导带502并方便带502的束紧。例如，这种支撑结构可以被布置到具有多边形形状(例如，如图5中的矩形)的阵列501的每个拐角。

在本发明的一实施例中，插脚板工具的操作可以是完全自动化的。并行插脚和锁定装置的阵列可以是自动化的，从而一旦将物体推靠向并行插脚，则在预定时间量之后触发锁定装置。可以将一个或多个插脚板工具安装到一个或多个可移动平台，该平台的位置可以物理地或通过控制计算机或其他自动化装置以一个或多个维度进行控制。一个或多个可移动平台可允许至少在每个对应插脚板工具中在并行插脚的纵向方向上的移动。

阵列或多个阵列中所有单独插脚(或所述插脚的子集)的移动也可以是完全自动化的。在本发明的一些实施例中，所有或一些并行插脚可以连接到单独的致动器或马达，其例如经由控制计算机可以用于控制单个并行插脚的移动和/或用作锁定装置。致动器可以直接布置在并行插脚的上方或下方，也可以与并行插脚较远地移开、和通过机械连接与其连接。在图6中示出了阐明该概念的示例性实施例。在基于图3的装置的图6中，阵列601中的每个并联插脚经由机械连接604连接至致动器或马达605。夹具603中布置有孔，以允许机械连接穿过夹具603。在所示示例中，致动器或马达605可以用作锁定装置，并允许通过控制计算机350自由控制阵列601中的并行插脚的竖直位置。在一些实施例中，除了致动器或马达605之外，还可以布置有单独的锁定装置602，以允许手动操作。致动器或马达605还可以用作用于将并行插脚在"推起"位置保持直立和用于当向其施加力时允许以受控的方式将其向下推的装置。

诸如图6中所示的利用致动器或马达的实施例的益处在于，使得能够使用先前获取的扫描数据来创建用于插脚板工具的打印床图案，而无需提供实际的物体。例如，可以在一家医院中使用一个或多个第一插脚板工具作为扫描床对骨折手腕进行3D扫描，同时在另一家医院中基于扫描数据使用一个或多个第二插脚板工具作为与待打印物体表面相符的扫描床进行3D模型的制作，而不必将锁定的插脚板工具从一个地方运输到另一个地方。可以根据扫描数据自动调整打印床，以具有与扫描床相同的图案。在一些实施例中，可以使用通信链路(可能经由诸如个人计算机、平板电脑或智能电话之类的终端设备)将3D扫描仪连接到控制3D打印机和一个或多个第二插脚板工具的控制计算机，以便可以轻松共享扫描结果以方便3D打印。在一些情况下，甚至不使用3D扫描。作为代替，用于插脚板工具的打印床图案可以基于3D建模物体。

图7示出了根据可选择实施例的插脚板工具。所述插脚板工具可以与图1至图4和图6的任何示例性系统结合使用，所述插脚板工具代替所述附图中示出的一个或多个插脚板工具。因此，根据较早实施例的系统的任何功能也适用于以下用于实现插脚板工具的可选择实施例。

参照图7，类似于先前的实施例，插脚板工具710包括由夹具保持的并行插脚阵列701(具体地，在非限制性示出的示例中为矩形阵列)，该夹具在这里包括至少一个梳状结构704。但是，与先前说明的实施例相比，阵列701中的每个并行插脚包括三个不同的部段，即第一端部部段710(图7中的顶端部段)、第二端部部段712(对应于第一端部部段710的相对端，即图7中的底端部段)、以及中间部段711。所有部段710、711、712可以是圆柱形的。第一端部部段710可以显著长于另一端部部段712，并且可以用作待扫描物体布置在其上或抵靠在其上的插脚部段。此外，与可具有相等或不同横截面的端部部段710、712之一或两者相比，中间部段711可具有较小的横截面。在所示示例中，并行插脚的第一端部部段710和第二端部部段712具有相等的横截面，该相等的横截面大于并行插脚的中间部段711的横截面。薄的中间部段711的横截面可以足够小，以使得阵列701中的并行插脚能够在包括于夹具中的梳状结构704的齿部之间通过。在初始位置(即，当没有接合锁定机构时)，并行插脚的端部部段710、712之间的间隔可以相对较小，但是插脚可以彼此不接触。在一些实施例中，可以使用栅格或网状结构或穿孔结构(即，关于图1所述的位于夹具中的多个孔)代替用于保持插脚的梳状结构704。在其他实施方式中，可以省略第二端部部段712。

在所示的可选择的示例中，锁定装置包括由固定部分703和夹板702形成的卡夹。固定部分可以至少沿着阵列701的一个侧面(即，与夹板的侧面相对的侧面)布置。固定部分703的面向阵列的表面可以遵循阵列的相应侧面的形状(即，如果阵列是矩形的则是平坦的，或者如果阵列是圆柱形/椭圆形的则是弯曲的)。如图7中所示，固定部分可以进一步延伸到矩形阵列701的未沿其布置夹板702的另外两个侧面，以利于夹持。夹板703可布置成抵靠并行插脚的阵列701，位于梳状结构上方(或下方)并且与梳状结构的齿部正交。此外，夹板703可以在阵列的宽度上延伸。夹板703可以构造成将并行插脚抵靠固定部分夹紧，从而导致并行插脚的端部部段710、712中的至少一个(在所示示例中为两个端部部段)紧紧地推靠彼此和固定部分，从而将并行插脚锁定就位。可以例如使用螺钉或螺栓或任何其他已知的束紧/紧固机构将夹板703紧紧抵靠在固定部分703上。具体地，可以将螺钉或螺栓插入孔706中。

在一些可选择的实施例中，并行插脚的中间部段711的横截面可以大于相应的第一和第二端部部段710、712的横截面。在这种实施例中，梳状结构的上方和/或下方可布置有具有多个孔的材料片(例如金属片)，该孔适于仅允许第一和第二端部部段710、712穿过。与图7所示的实施例相比，材料片用于将插脚保持在插脚板工具内，因为梳状结构本身不能防止这种情况。

图8以两种不同的配置从上方示出了图7的插脚板工具，即，当未触发锁定装置时(顶部)和当已触发锁定装置时(底部)。在图8的顶部中，端部部段710、712彼此接触，尽管从图8的顶部插图中可观察到端部部段之间的间隔相对较小。当已触发锁定装置时，即，夹板702紧紧抵靠固定部分和并行插脚阵列701，端部部段710、712(或者端部部段710、712中的至少一个)被紧紧地推靠在固定部分703和推靠在彼此上，防止任何水平移动和竖直移动。

鉴于图7的取向，可以通过上下翻转插脚板工具710来使用如图7和图8所示的插脚板工具710，在这种情况下，并行插脚移动到第一极限位置，由第二端部部段712保持，不能穿过梳状结构704的齿部(图7的对齐对应于第一端部部段710与梳状结构704相接触的第二极限位置)。可以从下方将待扫描物体推靠向并行插脚阵列，使得并行插脚与所述物体的表面对齐。然后，可以通过将夹板702紧紧抵靠阵列701中的并行插脚和固定部分703来触发锁定装置。

显然，仅当插脚板工具710以上述方式取向(即，与图7相比进行倒置)并且物体从下方插入时，前一段落所述的操作才起作用。如果优选的是可将物体布置在插脚板工具上、保持插脚板工具的如图7所示的取向，则需要额外的元件来用于实现所述功能。在一些实施例中，可以将用于每个并行插脚的弹簧布置在两个位置之一中，以给所述并行插脚提供支撑，即，当没有物体布置在插脚板工具710上时，防止并行插脚被重力完全向下推动。第一可选择的方案是，在梳状结构704(或栅格或穿孔结构)与每个并行插脚的第一端部部段710之间布置一弹簧。弹簧可以布置在并行插脚的中间部段711旁边，或者弹簧可以围绕并行插脚的中间部段711盘绕。第二种选择是，在每个并行插脚的第二端部部段712下方布置一弹簧。显然，在这种实施例中，夹具应在插脚板工具下方包括一支撑结构(例如，板件)，例如如图3所示。在一些实施例中，可以用一块连续或多块连续的弹性材料代替布置在插脚板工具下方的弹簧组。

在一些实施例中，可以使用多个夹板。例如，可以在并行插脚阵列701的相对侧面上布置两个夹板，使得夹板被配置为抵靠彼此(以及抵靠并行插脚阵列701)进行夹持。在其他实施例中，可以使用位于阵列的两个拐角中的两个L形卡夹，或者位于阵列的四个拐角中的四个L形卡夹。在这种实施例中，每个L形卡夹可以配置为在由阵列形成的矩形的对角线方向上进行夹持。

在一些实施例中，并行插脚阵列701可以被弹性层包围，以促进夹紧(即，锁定)，从而使得夹板702通过弹性层夹紧并行插脚阵列701。换句话说，弹性层可以布置在并行插脚阵列701与固定部分703和夹板702之间。

图8以两种不同的配置从上方示出了图7的插脚板工具，即，当未触发锁定装置时(顶部)和当已触发锁定装置时(底部)。在图8的顶部中，端部部段710、712彼此接触，尽管从图8的顶部插图中可观察到端部部段之间的间隔相对较小。当已触发锁定装置时，即，夹板紧紧抵靠固定部分和并行插脚阵列701，端部部段710、712被紧紧地推靠在固定部分703和推靠在彼此上，防止任何水平移动和竖直移动。

图10示出了根据可选择实施例的另一种插脚板工具。所述插脚板工具可以与图1至图4和图6的任何示例性系统结合使用，所述插脚板工具代替所述附图中示出的一个或多个插脚板工具。因此，根据较早实施例的系统的任何功能也适用于以下用于实现插脚板工具的可选择实施例。

参照图10，所示的插脚板工具在许多方面类似于图7至图9的插脚板工具。即，梳状结构1004(在图10中不可见)、锁定装置(包括元件1002、1003)、以及并行插脚的第一端部部段1010和中间部段1011可以类似于图7中的梳状结构704、锁定装置(包括元件702、703)以及并行插脚的第一端部部段710和中间部段711。但是，代替如图7所示将短而宽的圆柱形部分作为第二端部部段1012，图10中的第二端部部段1012包括圆柱体的横截面的渐缩，其从靠近中间部段1011的第一横截面逐渐变细到第二端部部段1012的端部处的显著减小的第二横截面，从而形成针状结构。第二端部部段1012的第一横截面可以大于中间部段1011的横截面，如图10所示，或者等于或甚至小于中间部段1011的横截面。在这些实施例中，阵列1001中的并行插脚可以不通过先前其他实施例中所述的弹簧进行支撑，而是通过一块柔软的多孔材料1030(例如海绵)进行支撑，并行插脚的针状的第二端部部段1012可以穿透该多孔材料1030。并行插脚穿透该块多孔材料1030的程度取决于施加到阵列1001的并行插脚的力。因此，该块多孔材料1030可以用作用于并行插脚的基础的二级锁定机构。仍然可以如先前实施例所述那样实现并行插脚的最终锁定。在一些实施例中，一块柔软的多孔材料1030可以如上所述与根据较早实施例的并行插脚阵列相结合布置(即，没有针状锥度)。在其他实施例中，元件1030可以对应于一块弹性材料或弹簧阵列(或弹簧组)，而不是一块柔软的多孔材料，如前所述。

在一些实施例中，以可选择的方式，可以使用一块柔软的多孔材料，而不必使用锥形插脚。在根据图7至图9所示的实施例的插脚板工具中，可以在梳状结构与并行插脚的第一端部部段之间(即，在图7的配置中位于梳状结构的上方)布置一块多孔材料。该块多孔材料可以穿透并行插脚的中间部段。为准确起见，该块多孔材料可以沿纵向穿透中间部段的仅一部分，所述穿透的范围取决于施加在插脚上的力以及因此取决于中间部段的一部分位于梳状结构"上方"多大。当并行插脚的第一部段被向下推动时，该块多孔材料1130能够收缩，从而由于该块多孔材料1130引起的阻力而使得并行插脚能够以受控的方式移动。同样在该实施例中，仍然可以如先前的实施例所述的利用锁定装置实现并行插脚的最终锁定。

图11示出了使用插脚板工具捕获物体的表面、扫描由插脚板工具形成的图案、并基于扫描结果使用插脚板工具作为打印床对物体进行3D打印的过程。所示过程可以通过图1至图4和图6中的任一个所示的3D打印/扫描系统或其组合来执行，或者通过所述图的控制计算机来执行，可能利用来自图5和图7至图11中任一个的一个或多个元件。控制计算机可以连接到3D扫描仪、3D打印机和/或插脚板工具的锁定装置并能够对其进行控制。此外，控制计算机可以至少能够感测并且还可能控制插脚板工具中的并行插脚的位置。

参照图11，在框1101中提供了一种第一插脚板工具，包括长度可以相等的第一阵列并行插脚、保持第一阵列并行插脚的夹具、以及用于将该第一阵列并行插脚锁定就位的第一锁定装置，其中，当第一插脚板工具为空时，该阵列并行插脚在纵向方向上对齐，第一插脚板工具被配置为使得当第一锁定装置未被触发时，第一阵列中的并行插脚能够在并行插脚的纵向方向彼此独立地在第一移动范围内自由移动。第一移动范围可以等于或小于第一阵列中的并行插脚的长度。插脚板工具可以是如关于图1至图5中的任一个所描述的。然后，在框1102中，控制计算机检测抵靠第一阵列布置使得第一阵列并行插脚中的一个或多个并行插脚突出的物体。响应于该检测，控制计算机在框1103中使用第一锁定装置将第一阵列并行插脚锁定就位。只有在从检测开始经过预定时间之后才可以触发锁定装置。响应于使用第一锁定装置的锁定，在框1104中，控制计算机引发对于第一阵列并行插脚所形成的第一图案的3D扫描，该并行插脚包括在第一阵列中的一个或多个突出的并行插脚。最后，在框1105中，控制计算机使用被锁定的第一插脚板工具作为第一打印床、使用一种或多种打印材料、基于第一扫描图案进行第一打印物体的3D打印，其中第一打印物体的第一表面对应于第一图案。第一打印物体可以包括由一种或多种打印材料形成的第一薄层，其遵循第一图案并且具有巢状、穿孔或实心结构。第一打印物体可以是骨科模型的一部分。

在本发明的一些实施例中，图11的方法步骤中的一个或多个可以是手动执行或启动的，即，该步骤是在用户进行输入时被执行的，而其余方法步骤仍可以是自动执行的。例如，当物体就位时，锁定装置可以由用户手动触发，并且在锁定的插脚板工具移动到合适位置(例如，在3D打印机-扫描仪内部)后，可以根据用户的输入执行扫描。在一些实施例中，例如，如果锁定装置是由用户手动触发的，则可以省略检测步骤(框1102)。在其他实施例中，所述步骤可以包括通过控制计算机检测表明物体就位并且锁定装置被触发的用户输入、或者表明物体就位随后自动执行锁定的用户输入。

在一些实施例中，第一锁定装置可以包括多个马达或致动器，每个马达或致动器连接到第一阵列中的至少一个并行插脚，以允许控制所述至少一个并行插脚的移动、位置和锁定，如先前基于图6所描述的。每个并行插脚的移动可以使用单独的致动器或马达进行控制，从而在框1103中响应于下述方法来锁定第一阵列并行插脚，其中该方法进一步包括使用多个致动器或马达或致动器将第一阵列并行插脚中的每个并行插脚移动至由预定图案限定的位置。可以基于先前对物体进行的3D扫描或基于物体的3D模型来确定该预定图案。

在一些实施例中，可以提供第二插脚板工具。所述第二插脚板工具可以类似于第一插脚板工具，并且可以与第一插脚板工具一样是3D扫描和打印系统的一部分。此外，其可以定位成与第一阵列并行插脚相对，由此使得第二阵列中的并行插脚与第一阵列中的并行插脚平行，如图4所示。使用第二插脚板工具进行3D扫描和打印的过程可以类似于图11针对第一插脚板工具所示的。3D扫描和3D打印可以使用第一和第二插脚板工具同时地或一个接一个地执行。

3D扫描和打印系统还可以包括一个或多个可移动平台，其位置可以物理地或通过如上所述的控制计算机来控制。第一和第二插脚板工具中的一个或多个插脚板可以安装在所述一个或多个可移动平台上。在这种情况下，所示方法可以进一步包括升高或降低第一插脚板工具和第二插脚板工具中的一个或多个插脚板工具，使得物体被第一插脚板工具和第二插脚板工具包围，导致在框1102中检测抵靠第一插脚板工具布置的物体和检测抵靠第二插脚板工具布置的物体。

尽管在图1至图5中待扫描的物体是手，但是应该理解，本发明的实施例可用于对任何形状(即，各种不同的人类或动物身体部位和/或非人类物体)进行3D扫描，以及基于扫描使用锁定的插脚板工具作为打印床3D打印物体。而且，应当理解，打印三维模型来支持骨折愈合只是可以使用根据本发明实施例的系统的应用的一个示例。所描述的概念和系统可以用于促进医学领域内和其他领域内大量不同物体的3D打印。而且，应当理解，本发明的实施例也可以独立地使用，而不需要整个过程级联，或者可以用作不同过程级联的一部分。

图12示出了配置为结合控制计算机执行上述功能的示例性的设备1201。该设备可以对应于图1的元件150和/或图3和/或图6的元件350。该设备可以是包括电子电路系统(circuitry)的电子设备。该设备可以是单独的网络实体或多个单独的实体。该设备可以包括通信控制电路系统1210，例如至少一个处理器，以及包括计算机程序代码(软件)1231的至少一个存储器1230，其中该至少一个存储器和计算机程序代码(软件)被配置成利用该至少一个处理器使得该设备执行上述控制计算机的实施例中的任何一个。

可以使用任何适当的数据存储技术来实现存储器1230，诸如基于半导体的存储装置、闪存、磁性存储装置和系统、光学存储装置和系统、固定存储器和可移动存储器。该存储器可以包括至少一个数据库1232。该存储器1230可以经由接口连接到通信控制电路系统1220。

通信接口(Tx/Rx)1210可以包括用于根据一种或多种通信协议实现通信连接的硬件和/或软件。通信接口可以向设备提供通信能力，以例如与3D扫描仪、3D打印机、一个或多个插脚板工具的锁定装置、一个或多个插脚板工具的并行插脚(例如，经由多个马达或致动器)和一个或多个可移动平台进行通信和/或对其进行控制。通信接口1210可以包括标准的众所周知的部件，例如放大器、滤波器、频率转换器、(解调)调制器、以及编码器/解码器电路系统和一个或多个天线。

参照图12，通信控制电路系统1220可以包括3D扫描/打印电路系统1221，其配置为经由通信接口1210提供对3D扫描仪、3D打印机、一个或多个插脚板工具的锁定装置、一个或多个插脚板工具的并行插脚(例如，经由多个马达或致动器)和一个或多个可移动平台中的一个或多个的控制。3D扫描/打印电路系统1221可以配置为执行图11中的至少一些步骤。

如本申请中所使用的，术语"电路系统(circuitry)"是指以下所有内容：(a)仅硬件电路(circuit)的实现方式，例如仅在模拟和/或数字电路系统中的实现方式，以及(b)电路和软件的组合(和/或固件)，例如(如果适用)：(i)处理器的组合，或(ii)处理器/软件的部分，包括数字信号处理器、软件和存储器，它们一起工作以使设备执行各种功能；以及(c)电路，例如微处理器或微处理器的一部分，其需要软件或固件才能运行，即使该软件或固件在物理上并不存在。该"电路系统"的定义适用于本申请中使用该术语的全部情形。作为进一步的示例，本申请中所使用的术语"电路系统"还将涵盖仅处理器(或多个处理器)或处理器的一部分及其随附软件和/或固件的实施方式。

在一实施例中，至少一些结合图11描述的过程可以通过包括用于执行至少一些所描述过程的相应装置的设备来实现。用于执行该过程的一些示例性装置可以包括以下至少之一：检测器、处理器(包括双核和多核处理器)、数字信号处理器、控制器、接收器、发送器、编码器、解码器、存储器、RAM、ROM、软件、固件、显示器、用户界面、显示电路系统、用户界面电路系统、用户界面软件、显示软件、电路、天线、天线电路系统和电路系统。在一实施例中，至少一个处理器、存储器和计算机程序代码形成处理装置，或者包括用于执行根据图11实施例的一个或多个操作或其操作的一个或多个计算机程序代码部分。

可以通过各种方式来实现关于控制计算机所描述的技术和方法。例如，可以以硬件(一个或多个装置)、固件(一个或多个装置)、软件(一个或多个模块)或其组合来实现这些技术。对于硬件实现方式，可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计为执行本文所述功能的其他电子单元、或其组合中实现实施例的设备。对于固件或软件，可以通过执行本文所述功能的至少一个芯片组的模块(过程、功能等)来实施该实现方式。可以将软件代码存储在存储单元中并由处理器执行。存储器单元可以在处理器内部或处理器外部实现。在后一种情况下，如本领域所公知的，其可以通过各种方式通信耦合到处理器。另外，本文描述的系统(例如，3D扫描和打印系统)的部件可以通过附加的部件重新布置和/或补充，以便于所描述的各个方面等的实现，并且不限于给定附图中所示出的准确配置，如本领域技术人员将能理解到的。

关于控制计算机所描述的实施例也可以以计算机程序或其部分所定义的计算机过程的形式来执行。结合图11描述的方法的实施例可以通过执行包括相应指令的计算机程序的至少一部分来执行。该计算机程序可以是源代码形式、目标代码形式、或某种中间形式，并且可以存储在某种载体中，该载体可以是能够承载该程序的任何实体或装置。例如，计算机程序可以存储在计算机或处理器可读的计算机程序分布介质上。例如，计算机程序介质可以是例如但不限于记录介质、计算机存储器、只读存储器、电载波信号、电信信号和软件分发包。该计算机程序介质可以是非暂时性介质。用于执行所示出和描述的实施方式的软件的编码完全在本领域普通技术人员的范围内。

尽管以上已经参照根据附图的示例描述了本发明，但是显然本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以多种方式进行修改。因此，所有的词语和表述应该被宽泛地解释，并且其旨在说明而不是限制实施方式。对于本领域技术人员将显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式来实现。此外，对于本领域技术人员而言清楚的是，所描述的实施例可以但不必须以各种方式与其他实施例组合。

Claims (24)

1.一种用于方便三维(3D)扫描和打印的插脚板工具，包括：

并行插脚阵列，其中当插脚板工具为空时，阵列中的并行插脚在并行插脚的纵向方向上对齐；

保持并行插脚阵列的夹具；以及

锁定装置，其配置为在被触发时将并行插脚阵列锁定就位，以提供用于对物体进行3D打印的打印床，其中该物体具有与由锁定就位的并行插脚阵列所形成的图案相对应表面，其中，该阵列中的并行插脚被配置为：当锁定装置未被触发并且物体被推靠向并行插脚时，并行插脚能够在其纵向方向上在一移动范围内彼此独立地自由移动，该移动范围等于或小于每个并行插脚的长度。

2.根据权利要求1所述的插脚板工具，还包括：

一层或多层弹性材料，其附接在阵列中的并行插脚的一个或多个端部上，形成至少一个连续表面。

3.根据权利要求1或2所述的插脚板工具，其中，所述夹具包括开口、梳状结构、栅格结构和穿孔结构中的一种，所述阵列在纵向方向上穿过其中，和/或所述锁定装置包括一个或多个卡夹，每个卡夹围绕两个或更多个要被夹紧的并行插脚布置。

4.根据权利要求3所述的插脚板工具，其中，如果所述夹具包括所述开口，则所述一个或多个卡夹围绕穿过所述开口的并行插脚阵列布置，相邻并行插脚之间的间隔足够小，从而绕阵列束紧一个或多个卡夹会将阵列中的所有并行插脚锁定就位。

5.根据前述权利要求中任一项所述的插脚板工具，其中，每个并行插脚包括具有第一横截面的第一端部部段、具有第二横截面的第二端部部段、以及位于第一端部部段和第二端部部段之间的具有第三横截面的中间部段，第三横截面小于第一横截面和第二横截面中的至少一个，并且夹具包括梳状结构、栅格结构和穿孔结构中的一种，第一端部部段和第二端部部段中的至少一个不能穿透其中。

6.根据权利要求5所述的插脚板工具，如果所述夹具包括梳状结构，则所述锁定装置包括固定部分和夹板，所述固定部分相对于所述夹板布置在所述阵列的相对侧上，所述夹板抵靠并行插脚的第一端部部段和第二端部部段中的至少一个布置，正交于梳状结构的齿部，所述夹板在所述阵列的宽度上延伸并且构造成抵靠固定部分地夹持并行插脚，导致并行插脚的第一端部部段和第二端部部段中的至少一个紧紧地推靠彼此，并且固定部分将并行插脚锁定就位。

7.根据前述权利要求中任一项所述的插脚板工具，其中，所述锁定装置包括多个马达或致动器，每个马达或致动器连接到阵列中的至少一个并行插脚，以允许控制所述至少一个并行插脚的移动、位置和锁定。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的插脚板工具，其中，所述并行插脚的纵向方向对应于竖直方向，并且对于每个并行插脚，所述第一端部部段对应于顶端部段，所述第二端部部段对应于底端部段，夹具包括布置在插脚板工具下方的用于阵列的支撑结构，插脚板工具还包括以下之一，以防止在没有任何物体从上方放到插脚板工具上时并行插脚被重力完全下推：

多个弹簧，每个弹簧附接在支撑结构与阵列中并行插脚的第二端部部段之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与第一端部部段之间；

一块弹性材料，其布置在支撑结构与并行插脚阵列之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与阵列中并行插脚的第一端部部段之间；和

一块柔软的多孔材料，其布置在支撑结构与并行插脚阵列之间，或者，如果第三横截面小于第一横截面，则布置在梳状结构、栅格结构和穿孔结构之一与阵列中并行插脚的第一端部部段之间。

9.一种3D扫描和打印系统，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的一个或多个插脚板工具；

3D扫描仪，其配置成对由通过一个或多个插脚板工具的锁定装置锁定就位的一个或多个插脚板工具的并行插脚阵列形成的图案进行扫描；和

3D打印机，其配置为使用一种或多种打印材料、基于扫描图案或预定义图案、使用锁定就位的并行插脚阵列作为打印床对打印物体进行3D打印，每个打印物体都具有对应于下述图案的表面：该图案由一个或多个插脚板工具中所包含的被锁定就位的并行插脚阵列所形成。

10.根据权利要求9所述的3D扫描和打印系统，其中，所述一个或多个插脚板工具包括布置在物体周围的两个或多个插脚板工具，从而两个或多个插脚板工具的并行插脚平行于贯穿物体且面向物体的公共平面，并且两个或更多个插脚板工具中的所有相邻插脚板工具之间的角度间隔相等，该角度间隔是从该公共平面中的物体中心进行观察的。

11.根据权利要求9所述的3D扫描和打印系统，其中，所述一个或多个插脚板工具包括布置在物体的相对侧上的两个插脚板工具，从而所述两个插脚板工具的并行插脚彼此并行。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的3D扫描和打印系统，其中，所述3D打印机用于3D打印的一种或多种打印材料包括由连续纤维增强和热塑性基体聚合物组成的长丝。

13.根据权利要求9至12中的任一项所述的3D扫描和打印系统，还包括：

控制计算机，其连接并配置为控制以下一项或多项：一个或多个插脚板工具的一个或多个并行插脚的阵列，一个或多个插脚板工具的一个或多个锁定装置，3D扫描仪和3D打印机。

14.根据权利要求13所述的3D扫描和打印系统，还包括：

一个或多个可移动平台，至少一个插脚板工具安装在该平台上，以至少在每个对应的插脚板工具中的并行插脚的纵向方向上提供移动，其中一个或多个可移动平台能够手动地移动，和/或控制计算机连接并配置为控制一个或多个可移动平台。

15.一种用于三维(3D)扫描和打印的方法，包括：

提供第一插脚板工具，该第一插脚板工具包括第一阵列并行插脚、保持第一阵列并行插脚的第一夹具、以及用于将第一阵列并行插脚锁定就位的第一锁定装置，其中，当第一插脚板工具为空时，该并行插脚阵列在纵向上对齐，第一插脚板工具被构造为使得当第一锁定装置未被触发时，第一阵列中的并行插脚能够在第一移动范围内彼此独立地在并行插脚的纵向方向上自由移动，第一移动范围等于或小于第一阵列中每个并行插脚的长度；

当检测到物体靠置在第一阵列上导致第一阵列并行插脚中的一个或多个并行插脚突出时，使用第一锁定装置将第一阵列并行插脚锁定就位在第一锁定位置；

对于由被锁定到第一锁定位置的、包括一个或多个突出的并行插脚的第一阵列并行插脚所形成的第一图案进行3D扫描；以及

使用被锁定到第一锁定位置的第一插脚板工具作为第一打印床，使用一种或多种打印材料基于第一扫描图案进行第一打印物体的3D打印，其中第一打印物体的第一表面对应于第一图案。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一插脚板工具是根据权利要求1至8中任一项所述的插脚板工具。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，所述第一打印物体包括遵循第一图案并且具有巢状、穿孔或实心结构的第一薄层。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，所述第一锁定装置包括多个马达或致动器，每个马达或致动器被连接到第一阵列中的至少一个并行插脚，以允许控制所述至少一个并行插脚的移动、位置和锁定，其中锁定第一阵列并行插脚是响应于使用多个马达或致动器将第一阵列并行插脚中的每个并行插脚移动到由第一图案所限定的位置而进行的，该第一图案基于物体之前的3D扫描或者物体的3D模型而确定。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括

提供包括第二阵列并行插脚的第二插脚板工具、保持第二阵列并行插脚的第二夹具、以及用于将第二阵列并行插脚锁定就位的第二锁定装置，该第二阵列并行插脚定位成与第一阵列并行插脚相对，从而使得第二阵列中的并行插脚与第一阵列中的并行插脚平行；其中当第二插脚板工具为空时，第二阵列并行插脚在纵向方向上对齐，第二插脚板工具配置为使得当第二锁定装置未被触发时，第二阵列中的第二插脚能够在一移动范围内彼此独立地在第二阵列中的并行插脚的纵向方向上自由移动，第二移动范围等于或小于第二个阵列中每个并行插脚的长度；

当检测到物体抵靠在第二阵列上导致第二阵列中的一个或多个并行插脚突出时，使用第二锁定装置将第二阵列并行插脚锁定就位在第二锁定位置；

3D扫描由锁定在第二锁定位置的第二阵列形成的第二图案；以及

使用锁定在第二锁定位置的第二插脚板工具作为第二打印床，基于第二扫描图案，对具有与第二图案对应的第二表面的第二打印物体进行3D打印，其中第一图案和第二图案对应于物体的相对侧面。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第二插脚板工具是根据权利要求1至8中任一项所述的插脚板工具。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括

升高或降低第一插脚板工具和第二插脚板工具中的一个或多个插脚板工具，使得物体被第一插脚板工具和第二插脚板工具包围，从而导致检测到物体抵靠在第一插脚板工具上、和检测到物体抵靠在第二插脚板工具上。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，所述第一打印物体包括遵循第一图案并且具有巢状、穿孔或实心结构的、由一种或多种打印材料形成的第一薄层，并且所述第二打印物体包括遵循第二图案并且具有巢状、穿孔或实心结构的、由一种或多种打印材料形成的第二薄层。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，所述物体是人体骨折部分，第一打印物体形成骨科模型的第一部分，第二打印物体形成骨科模型的第二部分，骨科模型的第一部分和第二部分放在一起时能够基本上包围人体骨折部分。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的方法，其中，使用根据权利要求9至14中任一项所述的3D扫描和打印系统、或者通过根据权利要求13或14所述的3D扫描和打印系统的控制计算机来执行所述方法。

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