技术特征：
1.一种现场3d打印装置，其特征在于，包括机架、三自由度运动平台、多自由度悬挂活动臂、挤出打印机构、扫描机构和手术床车，所述三自由度运动平台安装在机架顶部，所述多自由度悬挂活动臂安装三自由度运动平台上，所述挤出打印机构安装在多自由度悬挂活动臂上，所述扫描机构安装在机架中端，所述机架安装手术床车上。2.根据权利要求1所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述三自由度运动平台包括纵向直线电机模组、横向直线电机模组和短竖直向短直线模组，两个所述纵向直线电机模组平行设置在机架顶部，所述纵向直线电机模组上滑动安装有纵向滑块，所述横向直线电机模组两端固定两块纵向滑块上，所述横向直线电机模组上滑动安装有横向滑块，所述竖直向短直线模组固定安装在横向滑块上，所述竖直向短直线模组上滑动安装有竖直滑块，所述多自由度悬挂活动臂安装在竖直滑块上。3.根据权利要求1所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述纵向直线电机模组包括伺服电机、传动带和滑轨，所述纵向滑块可滑动安装在滑轨上，所述伺服电机设置在滑轨的一端，所述滑轨的另一端设置滚轴，所述传动带绕接在伺服电机的输出轴和辊轴上，所述传动带与纵向滑块固定连接，所述横向直线电机模组和短竖直向短直线模组结构与纵向直线电机模组相同。4.根据权利要求2所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述多自由度悬挂活动臂包括安装第一连杆、第一气缸、第二连杆、第二气缸和第三连杆，所述第一连杆的一端固定安装在竖直滑块上，所述第一连杆的另一端通过铰接件与第二连杆的顶端铰接，所述第一气缸的顶部固定连接至第一连杆的中间位置，所述第一气缸的动力输出端通过铰接件铰接至第二连杆的中间位置，所述第三连杆的顶端与第二连杆底端，所述第二气缸的顶部固定安装在第二连杆上，所述第二气缸的动力输出端通过铰接件铰接至第三连杆，所述挤出打印机构安装在第三连杆的底端。5.根据权利要求3所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述扫描机构包括位置调节机构和图像采集单元，所述位置调节机构包括直线模组、第一电机、大齿轮、小齿轮、滚珠丝杆和丝杆螺母滑块，两个所述直线模组平行设置在机架的中部位置，所述直线模组的结构与纵向直线电机模组相同，所述直线模组上滑动连接有连接滑块，两块所述连接滑块的相对侧分别固定设置有第一连接板，两块所述第一连接板之间水平安装有固定长板，所述第一电机安装在固定长板的上表面，所述滚珠丝杆位于固定长板的下方，且滚珠丝杆的两端通过旋转轴承可转动连接至两块第一连接板，所述大齿轮固定设置在第一电机的输出端，所述小齿轮固定安装在滚珠丝杆上，所述大齿轮和小齿轮相互啮合，所述丝杆螺母滑块螺纹连接在滚珠丝杆上，所述图像采集单元安装在丝杆螺母滑块上。6.根据权利要求5所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述图像采集单元包括双目摄像机和光栅投影仪，所述双目摄像机安装在丝杆螺母滑块上，所述丝杆螺母滑块的侧壁设置有伸缩支架，所述光栅投影仪通过二自由度连接件安装在伸缩支架上，所述光栅投影仪与双目摄像机相配合。7.根据权利要求4所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述第三连杆的底端设置有万向连接件，所述挤出打印机构通过万向连接件安装至第三连杆的底端。8.根据权利要求7所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述万向连接件包括第二连接板、球面齿轮、安装座和驱动机构，所述第二连接板的一侧中心处固定连接至第三连杆的底
端，两个所述安装座呈对称结构安装在第二连接板另一侧的中位置，所述球面齿轮安装在两个安装座之间，两个所述驱动机构呈对称结构设置在球面齿轮两侧，所述驱动机构包括固定在第二连接板上的电机安装板、箱体固定座，所述箱体固定座上安装有回转齿轮箱体，所述回转齿轮箱体内设置有传动机构，所述电机安装板上安装有第二电机，所述第二电机通过传动机构动力输出至球面齿轮，所述挤出打印机构固定设置在球面齿轮的表面。9.根据权利要求8所述的现场3d打印装置，其特征在于，所述传动机构包括单极齿轮、过渡直齿轮、小直齿轮、第二锥齿轮、第一锥齿轮和回转轴承，所述第二锥齿轮固定安装在第二电机的输出端，所述第一锥齿轮通过连接轴安装在回转齿轮箱体的内壁，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮相互啮合，所述小直齿轮与第一锥齿轮同轴设置，所述过渡齿轮通过连接轴可转动安装在回转齿轮箱体内，所述小直齿轮与过渡齿轮啮合，所述过渡齿轮通过回转轴承动力传动直单极齿轮，所述单极齿轮啮合至球面齿轮。10.一种现场3d打印方法，其特征在于，采用权利要求1～9任意一项所述的现场3d打印装置，包括如下步骤：1)目标骨缺损病人躺在上述手术床车上，扫描机构上的双目摄像机与光栅投影仪由直线电机模组与丝杠螺母滑块的驱动来达到病人骨缺损的位置上方，然后由二自由度连接件和伸缩装置完成对双目摄像机与光栅投影仪位姿的调整，使得双目成像区域和投影区域重合，确保扫描与成像完整，并通过双目立体视觉对骨缺损形状进行扫描，并将所获得的数据传输到计算机中进行3d建模，经过计算机对扫描数据的分析处理之后，建立骨缺损形状的三维模型；2)将上述模型的实体数据，经过分层软件分层切片处理，形成相应代码输入到3d打印装置中，再由挤出打印装置实时打印；3)由上述的三自由度运动平台通过三维运动带动多自由度悬挂活动臂来到病人骨缺损部分位置，接下来多自由度悬挂活动臂的三根连杆由两个气缸带动从而发生相对运动带动挤出打印装置达到更为准确合适的位姿，随后挤出打印装置开始工作，利用连接挤出打印装置的球面齿轮部分可根据自身能任意角度转动的功能来使得挤出打印装置可以在多个方向进行打印这一特点，完成对复杂的骨缺损形状的修复打印。
技术总结
本发明公开了一种适用于骨修复内陷缺陷的现场3D打印装置，包括机架、三自由度运动平台、多自由度悬挂活动臂、挤出打印机构、扫描机构和手术床车，所述三自由度运动平台安装在机架顶部，所述多自由度悬挂活动臂安装三自由度运动平台上，所述挤出打印机构安装在多自由度悬挂活动臂上，所述扫描机构安装在机架中端，所述机架安装手术床车上。该装置能够做到对病患伤口进行在线扫描，利用包裹打印技术对骨缺损进行修复打印，过程简洁，不需要太多的人力，还能完成不规则内陷骨缺损的打印问题。还能完成不规则内陷骨缺损的打印问题。还能完成不规则内陷骨缺损的打印问题。
技术研发人员：邵惠锋 朱佳华 张涛 黄智强 史金元 年志恒 景卓荦 龚友平
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/1/6