一种基于3D打印的下肢抬高垫组件及工作方法与流程

本发明属于3d打印技术领域，具体涉及一种基于3d打印的下肢抬高垫组件及工作方法。

背景技术：

临床中，对于下肢受伤的患者，手术后常需要抬高治疗，由于专用的治疗器械一般要与病床配套使用，且结构复杂、价格昂贵，在普通的医院很难普及，目前普通的医院中采用的措施多是在患肢下面垫上枕头或垫子一类的物品，但在治疗过程中，患者的患肢常会因高度不适而进行调整，因此需要将患者的患肢抬起后再向患肢下增塞枕头或垫子，一方面，因为动作幅度过大而给患者带来痛苦，另一方面，枕头或垫子的高度不适造成了辅助治疗效果不佳；而现有的下肢抬高垫对下肢的固定作用不理想，主要由于患者的腿型及脚型不一致，常用的支具无法根据患者的实际情况进行不同的大小的适配，造成患者不适；同时，常用抬高垫抬高后，腿部及脚部长期固定，对患者恢复不利。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于3d打印的下肢抬高垫组件及工作方法，以解决背景技术中所提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于3d打印的下肢抬高垫组件，其特征在于，包括底座、横向设置在底座上的腿部基座、纵向设置在底座上端的脚部基座、3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构；

所述底座设置为l形结构，所述l形结构包括一体成型的横向支座和纵向支座；所述腿部基座固定设置在横向支座上，所述横向支座的两侧分别均匀设置有一列底座定位螺纹孔；所述脚部基座转动连接在纵向支座上，所述纵向支座上设置有一轴孔，所述轴孔内固定安装有第一带座轴承；所述纵向支座在远离脚部基座一侧中部设置有一固定支架，所述固定支架下端两侧设置有两支撑杆，两所述支撑杆的上端固定连接在固定支架的外侧端，所述支撑杆的下端固定连接在纵向支座上，所述支撑杆、纵向支座与固定支架构成三角形结构；所述固定支架上固定设置有一动力箱，所述动力箱包括箱体，所述箱体内底部设置有一滑轨，所述滑轨内滑动连接有一滑块，所述滑块上端固定连接有一齿条，所述齿条啮合连接有一齿轮，所述齿轮的中间部分设置有一轴孔，所述轴孔内固定设置有一转轴，所述转轴与第一带座轴承配合且与第一带座轴承转动连接；所述箱体内在滑轨上端一侧固定设置有一电动推杆，所述电动推杆的一侧固定连接在箱体内侧壁上，所述电动推杆的另一侧固定连接在滑块上；所述箱体靠近纵向支座一侧设置有供转轴伸出的轴孔，所述轴孔内设置有第二带座轴承，所述第二带座轴承与转轴相适配且转动连接；

所述脚部基座设置为长方体结构，所述脚部基座的前端面中间位置纵向设置有一插槽，所述插槽设置为四棱台结构且所述四棱台结构的小端面朝外；所述脚部基座的前端面在插槽的两侧分别均匀布置有一列纵向位置定位孔；所述脚部基座的后端面与转轴固定连接；所述3d打印脚部支撑机构由3d打印机打印而成，所述3d打印脚部支撑机构的一侧面设置有一脚型凹槽，所述3d打印脚部支撑机构在远离脚型凹槽的一侧设置有设置有一插块，所述插块的形状、大小与插槽的形状、大小相适配，所述插块插接在插槽内；所述3d打印脚部支撑机构上还设置有多个锁定孔，多个所述锁定孔的位置与纵向位置定位孔的位置相适配；所述3d打印脚部支撑机构通过螺栓穿过锁定孔和纵向位置定位孔进行固定连接；

所述腿部基座设置为梯形体结构且梯形体结构的倾斜面朝上，所述腿部基座的下端面各顶角及下端面长端中部位置上设有与底座连接的横向位置定位孔，所述横向位置定位孔与底座定位螺纹孔的位置相适配，所述腿部基座通过螺栓穿过横向位置定位孔及底座定位螺纹孔固定在横向支座的上端面；所述腿部基座上端的倾斜面上设置有多组定位凸块，每组所述定位凸块均设置为两条交叉的定位斜条，所述腿部基座上端的倾斜面上还设置有横向排布有多个第一定位连接孔，所述第一定位连接孔设置于每组的两条交叉设置的定位斜条的交叉位置；所述3d打印腿部支撑机构由3d打印机一体打印而成，所述3d打印腿部支撑机构的上端面设置有腿部放置槽，所述腿部放置槽的形状与人体腿部结构一致；所述3d打印腿部支撑机构的下端面设置有多组定位连接凹槽，每组所述定位连接凹槽包括两条交叉设置的定位斜槽，多组所述定位连接凹槽的形状、大小与多组定位凸块的形状、大小一致；每组所述定位斜槽的交叉位置设置有凸台，所述凸台的中心位置设置有第二定位连接孔，凸台插入第一定位连接孔内。

进一步的，所述第一定位连接孔包括上端的沉孔和下端的螺纹孔，所述沉孔的直径大于螺纹孔的直径；所述第二定位连接孔设置为台阶孔，所述台阶孔包括上端光孔和下端光孔，所述上端光孔的直径大于下端光孔的直径，所述第一定位连接孔与第二定位连接孔之间通过螺栓进行可拆卸连接。

其中，所述凸台的形状、大小与第一定位连接孔的沉孔形状、大小相适配。

进一步的，所述转轴与脚部基座连接的一端一体成型连接有一安装块，所述安装块的各顶角位置设置有第一安装孔，所述脚部基座在与安装孔相应的位置设置有第二安装孔，所述第一安装孔和第二安装孔均为螺纹孔；所述转轴通过螺栓穿过第一安装孔和第二安装孔与脚部基座进行固定连接。

进一步的，所述锁定孔包括上端光孔和下端光孔，所述上端光孔的直径大于下端光孔的直径。

进一步的，所述滑轨两端分别设置有第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和第二限位块的相对内侧设置有第一限位开关和第二限位开关。

进一步的，所述固定支架上在动力箱的一侧设置有一控制箱，所述控制箱内设置有电源电路、单片机、h桥控制电路；所述控制箱上设置有开关按键，所述单片机的输入端电连接第一限位开关及第二限位开关，用于接收来自第一限位开关和第二限位开关的限位信号；所述电源电路包括蓄电池和与蓄电池电连接的dc-dc转换电路，所述开关按键串在电源电路中，用于控制整个设备的供电；所述单片机的输出端电连接h桥控制电路，所述h桥控制电路电连接电动推杆，用于控制电动推杆的伸长和缩短；所述控制箱的一侧设置有电源插座，所述电源插座电连接蓄电池，为蓄电池进行充电；所述电源插座通过外部电源线连接外部220v交流电。

本发明还提供一种基于3d打印的下肢抬高垫组件的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、测量及打印：在检查身体时，测量出患者脚部、腿部的尺寸，根据所脚部所需要抬高的高度要求，并结合3d打印腿部支撑机构的定位连接凹槽、凸台、第二定位连接孔的尺寸和3d打印脚部支撑机构所要求的插块、锁定孔的尺寸要求；通过3d打印机打印出适合不同患者的3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构；

s2、安装组件：将底座放置在水平面上，根据患者所需抬高的高度选择纵向位置定位孔，将脚部基座固定安装在底座的纵向基座上；将根据患者腿部的长度选择合适的底座定位螺纹孔，将腿部基座固定安装在底座的横向基座的上；将3d打印腿部支撑机构、3d打印脚部支撑机构分别固定安装在腿部基座和脚部基座上；

s3、控制操作：打开控制箱的开关按键，蓄电池为整个动力箱供电；所述动力箱中的单片机具有定时功能，设定每十分钟单片机发出信号，控制电动推杆伸长或缩短，从而推动或拉动滑块及滑块上的齿条，齿条带动齿轮及转轴转动，以保证每十分钟，脚部基座及3d打印脚部支撑机构转动5-10°；当触碰到第一限位开关及第二限位开关后十分钟，单片机控制电动推杆反向运动，从而实现脚部基座及3d打印脚部支撑机构的转动角度限制在纵向轴的±45°内。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明的基于3d打印的下肢抬高垫组件，包括底座、横向设置在底座上的腿部基座、纵向设置在底座上端的脚部基座、3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构，通过针对不同患者的腿型、脚型、脚部所需抬高的高度，3d打印机打印出定制的3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构；通过所抬高的高度确定将3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构安装的位置，可根据不同患者进行有针对性的定制，使用更方便，定制3d打印腿部支撑机构和3d打印脚部支撑机构提高了患者舒适度，利于患者恢复；同时，在本发明中，在底座的纵向支座上设置有动力箱和控制箱，通过控制箱内控制电动推杆伸长或缩短，从而控制脚部基座及3d打印脚部支撑机构在一定角度范围内进行转动，避免患者脚部长期固定角度，通过动力箱的设置，转动脚部，利于患者恢复。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的底座的结构示意图；

图3为本发明的脚部基座的结构示意图；

图4为本发明的腿部基座的结构示意图；

图5为本发明的动力箱的结构示意图。

附图标记说明：1、底座；11、横向支座；111、底座定位螺纹孔；12、纵向支座；121、轴孔；122、第一带座轴承；123、固定支架；124、支撑杆；125、动力箱；1251、箱体；1252、滑轨；1253、滑块；1254、齿条；1255、转轴；1256、电动推杆；1257、第一限位块；1258、第二限位块；1259、齿轮；2、腿部基座；21、横向位置定位孔；22、定位斜条；23、第一定位连接孔；3、脚部基座；31、插槽；32、纵向位置定位孔；4、3d打印腿部支撑机构；41、腿部放置槽；5、3d打印脚部支撑机构；51、脚型凹槽。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图5所示，一种基于3d打印的下肢抬高垫组件，包括底座1、横向设置在底座1上的腿部基座2、纵向设置在底座1上端的脚部基座3、3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5。

所述底座1设置为l形结构，所述l形结构包括一体成型的横向支座11和纵向支座12；所述腿部基座2固定设置在横向支座11上，所述横向支座11的两侧分别均匀设置有一列底座定位螺纹孔111；所述脚部基座3转动连接在纵向支座12上，所述纵向支座12上设置有一轴孔121，所述轴孔121内通过螺栓固定安装有第一带座轴承122；所述纵向支座12在远离脚部基座3一侧中部通过螺栓固定连接或焊接固定有一固定支架123，所述固定支架123下端两侧设置有两支撑杆124，两所述支撑杆124的上端螺栓连接或焊接方式固定连接在固定支架123的外侧端，所述支撑杆124的下端螺栓连接或焊接方式固定连接在纵向支座12上，所述支撑杆124、纵向支座12与固定支架123构成三角形结构；所述固定支架123上固定设置有一动力箱125，所述动力箱125包括箱体1251，所述箱体1251内底部设置有一滑轨1252，所述滑轨1252内滑动连接有一滑块1253，所述滑块1253上端焊接或螺栓连接方式固定连接有一齿条1254，所述齿条1254啮合连接有一齿轮1259，所述齿轮1259的中间部分设置有一轴孔，所述轴孔内通过过盈配合方式或螺栓连接方式固定设置有一转轴1255，所述转轴1255与第一带座轴承122配合且与第一带座轴承122转动连接；所述箱体1251内在滑轨1252上端一侧固定设置有一电动推杆1256，所述电动推杆1256的一侧固定连接在箱体1251内侧壁上，所述电动推杆1256的另一侧固定连接在滑块1253上；所述箱体1251靠近纵向支座12一侧设置有供转轴1255伸出的轴孔，所述轴孔内设置有第二带座轴承，所述第二带座轴承与转轴1255相适配且转动连接。

所述脚部基座3设置为长方体结构，所述脚部基座3的前端面中间位置纵向设置有一插槽31，所述插槽31设置为四棱台结构且所述四棱台结构的小端面朝外；所述脚部基座3的前端面在插槽的两侧分别均匀布置有一列纵向位置定位孔32；所述脚部基座3的后端面与转轴1255固定连接；优选的，所述转轴1255与脚部3基座连接的一端一体成型连接有一安装块，所述安装块的各顶角位置设置有第一安装孔，所述脚部基座3在与安装孔相应的位置设置有第二安装孔，所述第一安装孔和第二安装孔均为螺纹孔；所述转轴1255通过螺栓穿过第一安装孔和第二安装孔与脚部基座进行固定连接。所述3d打印脚部支撑机构5由3d打印机打印而成，所述3d打印脚部支撑机构5的一侧面设置有一脚型凹槽51，所述3d打印脚部支撑机构5在远离脚型凹槽51的一侧设置有设置有一插块，所述插块的形状、大小与插槽31的形状、大小相适配，所述插块插接在插槽31内；所述3d打印脚部支撑机构5上还设置有多个锁定孔，多个所述锁定孔的位置与纵向位置定位孔的位置相适配；所述3d打印脚部支撑机构5通过螺栓穿过锁定孔和纵向位置定位孔进行固定连接。

所述腿部基座2设置为梯形体结构且梯形体结构的倾斜面朝上，为减轻重量，腿部基座2和脚部基座3的优选材料为硬质塑料材质；所述腿部基座2的下端面各顶角及下端面长端中部位置上设有与底座连接的横向位置定位孔21，所述横向位置定位孔21与底座定位螺纹孔111的位置相适配，所述腿部基座2通过螺栓穿过横向位置定位孔21及底座定位螺纹孔111固定在横向支座11的上端面；所述腿部基座2上端的倾斜面上设置有多组定位凸块，每组所述定位凸块均设置为两条交叉的定位斜条22，所述腿部基座2上端的倾斜面上还设置有横向排布有多个第一定位连接孔23，所述第一定位连接孔23设置于每组的两条交叉设置的定位斜条22的交叉位置；所述3d打印腿部支撑机构4由3d打印机一体打印而成，所述3d打印腿部支撑机构4的上端面设置有腿部放置槽41，所述腿部放置槽41的形状与人体腿部结构一致；所述3d打印腿部支撑机构4的下端面设置有多组定位连接凹槽，每组所述定位连接凹槽包括两条交叉设置的定位斜槽，多组所述定位连接凹槽的形状、大小与多组定位凸块的形状、大小一致；每组所述定位斜槽的交叉位置设置有凸台，所述凸台的中心位置设置有第二定位连接孔，所述凸台插入第一定位连接孔23内。本发明的基于3d打印的下肢抬高垫组件，包括底座1、横向设置在底座1上的腿部基座2、纵向设置在底座1上端的脚部基座3、3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5，通过针对不同患者的腿型、脚型、脚部所需抬高的高度，3d打印机打印出定制的3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5；通过所抬高的高度确定将3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5安装的位置，可根据不同患者进行有针对性的定制，使用更方便，定制3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5提高了患者舒适度，利于患者恢复；同时，在本发明中，在底座1的纵向支座上设置有动力箱125和控制箱126，通过控制箱126内控制电动推杆1256伸长或缩短，从而控制脚部基座3及3d打印脚部支撑机构5在一定角度范围内进行转动，避免患者脚部长期固定角度，通过动力箱125的设置，转动脚部，利于患者恢复。

进一步的实施例中，所述第一定位连接孔23包括上端的沉孔和下端的螺纹孔，所述沉孔的直径大于螺纹孔的直径；所述第二定位连接孔设置为台阶孔，所述台阶孔包括上端光孔和下端光孔，所述上端光孔的直径大于下端光孔的直径，所述第一定位连接孔23与第二定位连接孔之间通过螺栓进行可拆卸连接。其中，所述凸台的形状、大小与第一定位连接孔的沉孔形状、大小相适配。

进一步的实施例中，所述锁定孔包括上端光孔和下端光孔，所述上端光孔的直径大于下端光孔的直径。

进一步的实施例中，所述滑轨1252两端分别通过螺栓固定连接有第一限位块1257和第二限位块1258，所述第一限位块1257和第二限位块1258的相对内侧设置有第一限位开关和第二限位开关。

进一步的实施例中，所述固定支架上123在动力箱125的一侧设置有一控制箱126，所述控制箱126内设置有电源电路、单片机、h桥控制电路；所述控制箱126上设置有开关按键，所述单片机的输入端电连接第一限位开关及第二限位开关，用于接收来自第一限位开关和第二限位开关的限位信号；所述电源电路包括蓄电池和与蓄电池电连接的dc-dc转换电路，所述开关按键串在电源电路中，用于控制整个设备的供电；所述单片机的输出端电连接h桥控制电路，所述h桥控制电路电连接电动推杆1256，用于控制电动推杆1256的伸长和缩短；所述控制箱126的一侧设置有电源插座，所述电源插座电连接蓄电池，为蓄电池进行充电；所述电源插座通过外部电源线连接外部220v交流电，其中，单片机选用stm32系列单片机。

本发明还提供一种基于3d打印的下肢抬高垫组件的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1、测量及打印：在检查身体时，测量出患者脚部、腿部的尺寸，根据所脚部所需要抬高的高度要求，并结合3d打印腿部支撑机构4的定位连接凹槽、凸台、第二定位连接孔的尺寸和3d打印脚部支撑机构5所要求的插块、锁定孔的尺寸要求；通过3d打印机打印出适合不同患者的3d打印腿部支撑机构4和3d打印脚部支撑机构5；

s2、安装组件：将底座1放置在水平面上，根据患者所需抬高的高度选择纵向位置定位孔32，将脚部基座3固定安装在底座1的纵向基座12上；将根据患者腿部的长度选择合适的底座定位螺纹孔111，将腿部基座2固定安装在底座1的横向基座11的上；将3d打印腿部支撑机构4、3d打印脚部支撑机构5分别固定安装在腿部基座2和脚部基座3上；

s3、控制操作：打开控制箱126的开关按键，蓄电池为整个动力箱供电；所述动力箱125中的单片机具有定时功能，设定每十分钟单片机发出信号，控制电动推杆1256伸长或缩短，从而推动或拉动滑块1253及滑块1253上的齿条1254，齿条1254带动齿轮1259及转轴1255转动，以保证每十分钟，脚部基座3及3d打印脚部支撑机构5转动5-10°；当触碰到第一限位开关及第二限位开关后十分钟，单片机控制电动推杆1256反向运动，从而实现脚部基座3及3d打印脚部支撑机构5的转动角度限制在纵向轴的±45°内。

颈椎枕也可以采用3d打印技术，比如：包括3d打印成型的枕芯，所述枕芯的上表面上打印成型有颈部支撑凹槽和头部支撑凹槽，所述颈部支撑凹槽的上表面为与颈部后方的生理屈度相吻合的颈部支撑曲面，所述头部支撑凹槽的上表面为与头部下段后方的生理屈度相吻合的头部支撑曲面。

3d技术打印产品具有以下优点：1、制造复杂物品不增加成本：就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对3d打印机而言，制造形状复杂物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方可小航更多的时间，技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。2、产品多样化不增加成本：一台3d打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。3d打印省去了购置新设备的成本，一台3d打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。3、无需组装：3d打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人组装。产品组成部件越多，组装消耗的时间和成本就越多。4、零时间交付：3d打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据用户订单使用3d打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。