基于3D打印的矫形器数字化制造研究

发布时间：2024-03-09 19:17

　　随着人口老龄化程度的加剧,各类生产事故、交通事故的频发以及日常生活中的诸多因素,我国残疾人口逐渐增多,我国社会对矫形器的需求程度也日益加深。矫形器作为一种辅助肢体康复的体外装置,在患者受损肢体的康复治疗以及回归社会方面都发挥着至关重要的作用,但目前我国矫形器的数量和质量与市场需求均存在一定差距,研究矫形器的数字化制造无论从更好地服务患者的目的出发,还是从挖掘矫形器的市场潜力、提高我国矫形器制造水平角度而言,都具有重要意义。基于3D打印的矫形器数字化制造研究主要包括三大任务:(1)矫形器的数字化建模;(2)矫形器的强度分析与结构优化;(3)矫形器的实物制作与评价。在矫形器的数字化建模方面,为解决这一问题,本文在完成采集前的准备工作后,利用三维激光扫描仪获取了患者腕部表面的面片数据,借助VXmodel数据处理软件对扫描数据中的异常面片,孔洞和冗余数据等进行了处理,在此基础上得到矫形器的初步数据模型。针对矫形器的初步模型,结合实际佩戴需要,为避免矫形器挤压尺骨或桡骨而产生疼痛,对模型进行整体向外的偏移和加厚处理。利用矩形域参数化曲面重构的方法,在Geomagic逆向软件的精确曲面功能中,依次...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景、目的与意义
        1.1.1 课题的研究背景
        1.1.2 课题的目的与意义
    1.2 矫形器简介
        1.2.1 矫形器的命名、分类及作用
        1.2.2 矫形器数字化制造现状
    1.3 3D打印技术简介
        1.3.1 3D打印技术原理与特点
        1.3.2 3D打印技术的分类
        1.3.3 3D打印技术在矫形器领域的应用
    1.4 本文的主要研究内容与章节安排
        1.4.1 本文的主要研究内容
        1.4.2 本文的章节安排
2 腕部矫形器数字模型的获取与重建
    2.1 腕部解剖结构
    2.2 腕部常见损伤
    2.3 腕部矫形器数据采集
        2.3.1 扫描仪及软件系统介绍
        2.3.2 采集准备
        2.3.3 采集原则与结果
    2.4 数据处理
    2.5 基于Geomagic studio的腕部矫形器逆向重构
        2.5.1 逆向重构方法分类
        2.5.2 曲面数学模型
        2.5.3 Geomagic studio逆向建模的思路与方法
        2.5.4 腕部矫形器重建的具体步骤
    2.6 本章小结
3 腕部矫形器的强度分析及结构优化
    3.1 有限元分析
        3.1.1 有限元分析的基本原理
        3.1.2 ABAQUS有限元软件介绍
        3.1.3 ABAQUS/CAE功能模块
    3.2 腕部矫形器的力学模型
    3.3 腕部矫形器的有限元分析
        3.3.1 导入几何模型
        3.3.2 赋予属性材料
        3.3.3 完成矫形器装配
        3.3.4 创建分析步
        3.3.5 创建相互作用
        3.3.6 施加载荷和边界条件
        3.3.7 划分网格并提交求解
        3.3.8 分析结果
    3.4 矫形器最佳壁厚的选择
    3.5 矫形器的拓扑优化
        3.5.1 基于SIMP的连续体拓扑优化模型
        3.5.2 优化结果
        3.5.3 结构再设计与强度验证
    3.6 本章小结
4 腕部矫形器的制作与评价
    4.1 SLS选择性激光烧结技术
    4.2 成型前处理
        4.2.1 STL文件的转换与修复
        4.2.2 分层处理
    4.3 激光成型和后处理
    4.4 矫形器的评价
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 进一步工作建议
参考文献
攻读学位期间发表学术论文清单
致谢



本文编号：3923813