本发明涉及一种3D打印方法,特别涉及一种头盖骨替代物多自由度3D打印方法。
背景技术:
头盖骨对于保护大脑、维持人的生命安全具有至关重要的作用。全世界每年由于车祸和运动导致的脑损伤事故达数百万件。头盖骨替代物的研究,存在着巨大的潜在用户,应用市场前景广泛。
快速成型技术的医学应用是现代医学与制造技术相结合的发展趋势,已成为国内外研究的热点问题之一。熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)是最成熟,也是发展最快的成型技术。其加工原理为:首先通过送丝机构不断送丝,打印丝材在加热室加热到熔融状态并从喷头喷出,之后迅速凝固成型,最后经过层层的堆叠而形成工件。FDM造型技术具有以下优点:设备维护简单,运行成本低;成型材料便于保存和更换;后处理简单。一般的FDM装置打印的每一层都是在平面之内,难以满足不同结构力学性能的要求。为了提高FDM打印的力学性能,有必要发明一种新型打印方法。
技术实现要素:
为了克服FDM制造方法存在的缺陷或不足,本发明提出一种头盖骨替代物多自由度3D打印方法。本发明采用多自由度机械手装置,可以实现任意角度和任意运动轨迹的3D打印,提高头盖骨替代物的力学性能。打印过程中每一层都按照头盖骨的轮廓方向进行打印。可以精确控制形状和打印方向,提高打印精度,实现具有特定力学性能的头盖骨替代物的快速制造。
本发明通过下述技术方案来实现,它主要包括:
一种头盖骨替代物多自由度3D打印方法,其特征在于包含以下步骤:
步骤一:用CT对患者头盖骨进行数据采集,得到头盖骨的几何尺寸原始数据;
步骤二:用Mimics软件建立头盖骨的三维模型;
步骤三:将三维模型按照头盖骨形状进行分层,转化为截面数据;
步骤四:选择打印材料;
步骤五:选择打印参数;
步骤六:进行多自由度3D打印。
所述打印材料为金属、金属合金或塑料,直径为1~2mm。
按照头盖骨轮廓方向进行分层,分层厚度为0.1~0.3mm。
打印速度为10~50mm/s。
打印机构为多自由度机械手装置,可以实现任意角度和任意运动轨迹的3D打印。
喷嘴打印温度和环境温度可以调节。
喷嘴处可以添加冷却装置。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1.多自由度机械手装置,可以实现任意角度和任意运动轨迹的3D打印。
2.可以精确地控制丝材的打印方向,与传统FDM工艺相比,能够打印出更好机械性能的零件。
3.由平面分层转化为三维立体分层,减少了零件的制造时间。
附图说明
图1是多自由度3D打印流程图。
图2是头盖骨打印路径示意图。
其中:1.喷嘴,2.打印路径。在相邻两层打印过程中,沿经线和纬线交替打印。
具体实施方式
本发明利用CT技术采集患者的头盖骨数据,之后将二维切片数据转化为三维立体数据,将三维模型按照头盖骨形状进行分层,转化为截面数据,再进行多自由度3D打印。
图1所示,一种头盖骨替代物多自由度3D打印方法,包含以下步骤:
步骤一:利用CT等成像技术对头盖骨修复患者进行扫描,通过逆向反求重构头盖骨缺失部分模型,得到头盖骨的几何尺寸原始数据;
步骤二:用Mimics软件建立头盖骨的三维模型;
步骤三:将三维模型按照头盖骨形状进行分层,转化为截面数据;
步骤四:选择打印材料:直径为1.75mm的聚醚醚酮(PEEK)。PEEK材料无毒、质轻、强度高、耐腐蚀,具有优异的生物相容性。因此,PEEK材料被广泛地应用到于医疗领域。
步骤五:选择打印参数:分层厚度为0.2mm,打印速度为30mm/s。可以设计实验,研究不同打印参数对力学性能的影响,得到最优的打印参数。
步骤六:进行多自由度3D打印。如图2所示,打印时沿经线和纬线方向交替打印,提高头盖骨替代物的力学性能。打印路径的选取对打印件力学性能有较大的影响,合理规划打印路径可以提高打印件的力学性能。
打印机构为多自由度机械手装置,可以实现任意角度和任意运动轨迹的3D打印。喷嘴打印温度和环境温度可以调节。喷嘴处可以添加冷却装置,防止喷嘴堵塞。
本发明可以精确控制打印过程中每一层的形状和打印方向,提高打印精度,实现具有特定力学性能的头盖骨替代物的快速制造。沿头盖骨方向进行分层,可以提高打印效率,节约打印时间。