专利名称：具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法
技术领域：
本专利涉及一种组织工程领域的仿生支架计算机模型的建立方法，特别是一种具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法。
背景技术：
仿生支架内部微孔结构的生成有很多方法，目前主要是通过纤维粘结、气体发泡、相分离技术、溶液浇铸/粒子沥析及快速成型技术等手段进行的。纤维粘结技术是利用热处理或溶液粘结无纺纤维网状物的方式形成三维多孔支架；气体发泡技术是利用高压二氧化碳和气体致孔剂制备出多孔仿生支架；液—液相分离技术是在聚合物溶液中形成聚合物富相和贫相，通过升华等方式去掉聚合物贫相后，即可获得多孔的聚合物支架；溶液浇铸/粒子沥析技术通过将致孔剂和可降解材料混合，浇铸到具有外部形状特征的模具成型，然后通过溶液溶解的方法，溶解其中的致孔剂，获得多孔支架；目前应用快速成型技术加工具有内部微孔的仿生支架，主要是通过改变加工工艺的方法，如改变加工参数产生局部微孔等。
上述仿生支架的制作方法需要附加的材料(如致孔剂等)，制作过程复杂，需要专门的设备，而且都生成的支架内部的微孔存在一定的缺点，如孔隙形态难以控制(纤维粘结技术、相分离技术)；制作的支架内部存在封闭孔隙，孔隙中的致孔剂不能完全去除，不能控制孔隙间连通通道形态和尺寸(气体发泡技术、相分离技术)；相分离技术加工的支架内部微孔的孔径较小(100um以下)；溶液浇铸/粒子沥析技术制造的支架，微孔的结构与致孔剂的形态、尺寸以及环境因素(温度、湿度等)有关，生成的内部微孔不完全一致。快速成型技术通过改变工艺方法制作仿生支架，难以获得任意形状、任意空间结构的内部微孔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法，从而可以利用计算机软件，直接构造具有内部微孔和外部特征的仿生支架，克服上述现有方法中仿生支架内部微孔制作过程中的孔隙难以控制，需要附加材料以及制作过程复杂的缺点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术构思利用CAD软件分别直接构造仿生支架的内部微孔和外形轮廓，运用布尔运算获得带有微孔结构及外形特征的CAD模型，从而根据CAD模型能够直接生成带有内部微孔的仿生支架。
根据上述技术构思，本发明采用下述技术方案一种具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法，直接利用CAD软件建立模型，其特征在于，建立模型的步骤如下a.利用三维CAD软件做出微结构的单元模型；b.输入相邻单元模型之间的距离值，连接成平面内的微单元结构；c.由多个单元模型在空间相互排列成反映仿生支架内部微孔特征的空间结构，构成实际仿生支架内部微孔结构的负型；d.输入用户提供的反映仿生支架外型特征的仿生支架CAD模型；e.对上述负型的CAD模型和仿生支架的CAD模型进行布尔运算，获得具有内部微孔的仿生支架CAD模型。
上述的单元模型为球形，其直径为100-350μm，相邻连接的单元模型之间的距离为100-250μm。
本发明在计算机上的具体操作步骤如下a.打开CAD软件Unigraphics NX2.0，选择File|New菜单，新建一个文件。
b.选择Application---Modeling菜单，选择Insert---Formfeature---sphere，输入球直径和中心点，做出微结构的单元模型。模型的形状可以根据情况选择球形，尺寸为100～350um。
c.选择Edit-Transform，选择做好的球单元，进入retangular array命令，根据单元间的距离要求输入适当的值其距离为100～250um，做出XY平面内的微单元结构。
d.选择Edit-Transform，选择所有做好的球单元，进入translate---delta---设定合适的dzc值，选择copy，单元构成空间结构，这种空间结构为实际仿生支架内部微孔结构的负型。
e.通过Export|Rapid-Prototyping导出STL格式文件。
f.打开软件Magics7.1，选择Open菜单，打开上一步做出的STL文件。
g.得到用户提供的STL文件格式的反映外形特征的实体文件，并存入磁盘。
h.选择File|Load part菜单命令载入用户提供的实体文件，再通过Edit|pick and place菜单移动实体，使两部分实体相互重合。
i.应用Tools|Boolean菜单进行布尔运算。
j.通过File|Save Part As导出最后的STL格式文件。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点；本发明利用CAD软件分别直接构造仿生支架的内部微孔和外形轮廓，运用布尔运算获得带有微孔结构及外形特征的CAD模型。从而根据CAD模型，能够直接生成带有内部微孔的仿生支架。用此方法制作支架，在保证外形特征的基础上，可以获得任意形状、尺寸空间排列的内部微孔结构，而且可以完全保证内部微孔的连通性。同时，CAD模型的数据准备是通过CAD软件获得的，制作简单，不需要专门的设备以及为生成内部微孔所需的致孔剂等附加材料。
图1是生成内部微孔仿生支架的流程框图。
图2是通过CAD软件构造的反映内部微孔特征的单元模型。
图3是单元模型的结合方法。
图4是多个单元在空间相互排列，构成仿生内部微孔的空间结构。
图5是反映外部结构特征的CAD模型。
图6是将图4所示的内部微孔结构CAD模型与图5所示的外部结构特征CAD模型进行布尔运算后获得的CAD模型结构。
图7是实施例的内部微孔结构的单元模型。
图8是实施例的单元模型相结合。
图9是实施例的多个单元在空间相互排列，构成仿生内部微孔的空间结构。
图10是实施例的反映内部结构特征的CAD模型和装载的耳朵模型。
图11是将内部微孔结构CAD模型与耳朵模型进行布尔运算后获得的CAD模型结构。
具体实施方法本发明的一个实施例是具有内部微孔的仿生耳朵计算机模型的建立方法。参见图1、图2、图3、图4和图5，本仿生耳朵计算机模型的建立方法是利用三维CAD软件分别生成符合要求的具有一定形状和尺寸的内部微孔单元模型，并将内部微孔单元模型在空间按照一定的顺序排列，构成空间实体模型，内部模型表征支架的内部微孔的个体特征和空间排列特征，这一模型作为实际仿生支架内部微孔结构的负型。仿生支架的外部模型表征了支架的外形特征和尺寸值，将内部模型和外部模型进行布尔运算，获得具有两个模型特征的支架结构，一方面保留外部轮廓模型的外形特征，同时，在模型内部形成与内部实体模型相同的微孔。
本实施例是根据耳朵的实体模型，通过处理获得具有内部微孔结构的CAD模型，参见图6、图7、图8、图9、图10和图11，在计算机上操作程序如下(1)打开CAD软件Unigraphics NX2.0，选择File|New菜单，新建一个文件；(2)选择Application---Modeling菜单，选择Insert---Formfeature---sphere，输入球直径(尺寸为200um)和中心点，做出微结构的单元模型；(3)选择Edit—Transform，选择做好的球单元，进入retangular array命令，根据单元间的距离要求输入适当的值其距离为50um，做出XY平面内的微单元结构；(4)选择Edit—Transform，选择所有做好的球单元，进入translate---delta---设定合适的dzc值，选择copy，单元构成空间结构，这种空间结构为实际仿生支架内部微孔结构的负型；(5)通过Export|Rapid-Prototyping导出STL格式文件；(6)打开软件Magics7.1，选择Open菜单，打开上一步做出的STL文件；(7)得到用户提供的STL文件格式的反映耳朵外形特征的实体文件，并存入磁盘；(8)选择File|Load part菜单命令载入耳朵的实体文件，再通过Edit|pickand place菜单移动实体，使两部分实体相互重合；(9)应用Tools|Boolean菜单进行布尔运算；(10)过File|Save Part As导出最后的STL格式文件。
权利要求
1.一种具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法，直接利用CAD软件建立模型，其特征在于，建立模型的步骤如下a.利用三维CAD软件做出微结构的单元模型；b.输入相邻单元模型之间的距离值，连接成平面内的微单元结构；c.由多个单元模型在空间相互排列成反映仿生支架内部微孔特征的空间结构，构成实际仿生支架内部微孔结构的负型；d.输入用户提供的反映仿生支架外型特征的仿生支架CAD模型；e.对上述负型的CAD模型和仿生支架的CAD模型进行布尔运算，获得具有内部微孔的仿生支架CAD模型。
2.根据权利要求1所述的具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法，其特征在于，单元模型为球形，其直径为100-350μm，相邻连接的单元模型之间的距离为100-250μm。
3.根据权利要求2所述的具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法，其特征在于，在计算机上的操作程序如下a.打开CAD软件Unigraphics NX2.0，选择File|New菜单，新建一个文件。b.选择Application---Modeling菜单，选择Insert---Form feature---sphere，输入球直径和中心点，做出微结构的单元模型。模型的形状可以根据情况选择球形，尺寸为100～350um。c.选择Edit-Transform，选择做好的球单元，进入retangular array命令，根据单元间的距离要求输入适当的值其距离为100～250um，做出XY平面内的微单元结构。d.选择Edit-Transform，选择所有做好的球单元，进入translate---delta---设定合适的dzc值，选择copy，单元构成空间结构，这种空间结构为实际仿生支架内部微孔结构的负型。e.通过Export|Rapid-Prototyping导出STL格式文件。f.打开软件Magics7.1，选择Open菜单，打开上一步作出的STL文件。g.得到用户提供的STL文件格式的反映外形特征的实体文件，并存入磁盘。h.选择File|Load part菜单命令载入用户提供的实体文件，再通过Edit|pickand place菜单移动实体，使两部分实体相互重合。i.应用Tools|Boolean菜单进行布尔运算。j.通过File|Save Part As导出最后的STL格式文件。
全文摘要
本发明涉及一种具有内部微孔的仿生支架计算机模型的建立方法。它直接利用CAD软件建立模型，建立模型的步骤如下1.利用三维CAD软件做出微结构的单元模型；2.输入相邻单元模型之间的距离值，连接成平面内的微单元结构；3.由多个单元模型在空间相互排列成反映仿生支架内部微孔特征的空间结构，构成实际仿生支架内部微孔结构的负型；4.输入用户提供的反映仿生支架外型特征的仿生支架CAD模型；5.对上述负型的CAD模型和仿生支架的CAD模型进行布尔运算，获得具有内部微孔的仿生支架CAD模型。本发明提供的方法可以利用计算机软件，直接制作具有内部微孔和外部特征的仿生支架。
文档编号G06F17/50GK1588378SQ200410053538
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月6日 优先权日2004年8月6日
发明者胡庆夕, 吴懋亮, 方明伦, 戴春祥, 史正升 申请人:上海大学