基于SPPC方法的个性化三维假体制造技术研究

发布时间：2017-08-06 12:00

  本文关键词：基于SPPC方法的个性化三维假体制造技术研究

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【摘要】：三维打印技术的快速发展带动了传统制造业的进步,基于三维打印技术的快速模具浇注造型技术被开发出来,广泛应用到汽车零部件制造、生物制造、仿生医学和多功能材料等领域。随着桌面级FDM (Fused Deposition Modeling)三维打印核心专利的到期和三维打印开源项目的蓬勃发展,FDM打印技术日趋成熟。与工业级三维打印机相比,桌面三维打印机精度低,表面粗糙度高,可造型材料有限,但其最大的优势在于低成本,易于操作,低门槛。本文提出了基于桌面级FDM三维打印机的快速模具技术,对打印模具表面进行抛光处理和定量研究,消除台阶效应,从而提高浇注后造型的表面质量,将这项技术应用到人工假体、手术模拟器等方面,拓宽了桌面级FDM三维打印机的应用空间。提出了基于FDM三维打印机的SPPC(Scanning Printing Polishing Casting)制造工艺流程：模型获取—模具设计—打印模具—模具后处理—封装浇注—脱模成型。对于结构复杂,难以一次性脱模的造型,通过分模制造方法,实现了复杂三维模型的个性化定制。对FDM打印中熔丝挤出过程进行建模,从粗糙度定义出发,建立起打印件表面粗糙度与丝宽截面方程、模型表面倾斜度之间的关系,通过实验定量研究了丙酮抛光ABS模具工艺,总结了丙酮抛光规律及最佳抛光参数。实验结果显示,抛光处理后,模具表面的粗糙度可达1μm,与传统的精加工表面质量相当。在此基础上,将快速模具技术与硅胶浇注造型技术结合,实现了颌面缺损修复用的硅胶假体的个性化定制。借助低成本的桌面级3D打印技术,结合蒸汽抛光技术去除掉快速模具的台阶纹,制造出光洁表面的人工假体,解决了个性化定制假体制作周期长,成本高,难度大的难题,使病人或医生可以在自己的家中或实验室制造个性化假体,降低了假体制造门槛。同时,SPPC技术还可以应用于医用仿生模拟器的个性化制造领域。个性化的模拟器有助于提高医生的学习效率,为医生提供术前培训,同时还可以根据病人的仿生模型器进行术前手术方案规划,提高手术的成功率。
【关键词】：三维打印 快速模具 个性化定制 硅胶 颌面修复 假体 手术模拟器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.1;TP391.73
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 论文研究的背景及意义11-12
• 1.2 三维打印与快速模具技术12-19
• 1.2.1 三维打印技术12-14
• 1.2.2 快速模具技术14-16
• 1.2.3 快速模具技术应用16-18
• 1.2.4 快速模具技术发展趋势分析18-19
• 1.3 假体制造技术及其研究现状19-22
• 1.3.1 医用假体制造19-20
• 1.3.2 假体制造国外研究现状20-21
• 1.3.3 假体制造国内研究现状21-22
• 1.4 研究内容与论文架构22-25
• 1.4.1 论文研究的意义与目标22-23
• 1.4.2 论文架构23-25
• 2 基于桌面级三维打印机的快速模具制造25-31
• 2.1 三维模型的获取与处理25-27
• 2.1.1 三维模型的获取途径25-26
• 2.1.2 快速模具设计26-27
• 2.2 模具快速成型27-28
• 2.3 打印模具后处理28-29
• 2.4 复杂模型的模具制造与封装29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 快速模具后处理工艺研究31-47
• 3.1 从丝宽模型分析表面质量31-38
• 3.1.1 丝宽模型建模31-32
• 3.1.2 FDM打印件粗糙度建模32-35
• 3.1.3 粗糙度的测量35-38
• 3.2 抛光原理及抛光平台搭建38-40
• 3.2.1 ABS打印件抛光原理38
• 3.2.2 抛光平台的搭建38-40
• 3.3 丙酮抛光实验及结果分析40-46
• 3.3.1 实验方案设计40
• 3.3.2 实验结果与分析40-45
• 3.3.3 抛光后处理的意义45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 基于SPPC技术的个性化假体制造47-56
• 4.1 传统假体的制造方法47-48
• 4.2 基于SPPC方法的假体制造技术48-53
• 4.2.1 材料与制造工艺48-52
• 4.2.2 基于SPPC方法的分模制造52-53
• 4.3 SPPC方法制造假体优势分析53-54
• 4.3.1 成本分析53-54
• 4.3.2 与其他制造方法的对比分析54
• 4.4 本章小结54-56
• 5 基于SPPC方法的医用手术模拟器制造56-63
• 5.1 医用手术模拟器背景56-57
• 5.2 基于SPPC的手术模拟器制造流程57-61
• 5.3 医用手术模拟器应用分析及展望61
• 5.4 本章小结61-63
• 6 总结与展望63-66
• 6.1 全文总结63-64
• 6.2 研究展望64-66
• 附录66-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间科研成果75

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