[發(fā)明專利]一種個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210063270.8
• 申請日: 2012-03-12
• 公開（公告）號: CN102614034A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉泗巖;嵇萍;劉浩;黃念一;周長圣;盧光明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于：步驟如下：

第一步、用醫(yī)學(xué)影像處理軟件對目標(biāo)骨影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割并建立目標(biāo)骨的三角網(wǎng)格模型；

第二步、用逆向工程軟件從目標(biāo)骨的三角網(wǎng)格模型建立光滑曲面模型；

第三步、用三維CAD軟件在所述的光滑曲面模型基礎(chǔ)上進(jìn)行模具分層設(shè)計(jì)，并將模具切分為若干層板，設(shè)計(jì)層板之間的連接方式；

第四步、對第三步所設(shè)計(jì)的模具層板進(jìn)行切削加工，并按所設(shè)計(jì)的連接方式進(jìn)行模具裝配，最后進(jìn)行注凝成型和脫模。

2.如權(quán)利要求1所述的個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于：所述的步驟一具體方法為：（i）將病人的目標(biāo)骨影像數(shù)據(jù)導(dǎo)出為DICOM格式，用醫(yī)學(xué)影像處理軟件將其打開，用閾值分割與區(qū)域增長法得到目標(biāo)骨的初始影像數(shù)據(jù)Vol0；（ii）如果Vol0中含有相鄰骨的影像數(shù)據(jù)，對相鄰骨用不同的閾值范圍進(jìn)行閾值分割與區(qū)域增長得到Voli~Volj，使其不含有目標(biāo)骨影像數(shù)據(jù)；（iii）對Voli~Volj分別進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)操作；（ⅳ）進(jìn)行影像數(shù)據(jù)的布爾減運(yùn)算，從Vol0中分別減去Voli~Volj，再進(jìn)行區(qū)域增長得到Voln；（ⅴ）對Voln作進(jìn)一步手工編輯，對圖像內(nèi)部的空洞進(jìn)行填充；（ⅵ）生成目標(biāo)骨三角網(wǎng)格模型，導(dǎo)出為STL文件格式。

3.如權(quán)利要求1所述的個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于：所述的步驟二具體方法為：（i）使用逆向工程軟件打開目標(biāo)骨的三角網(wǎng)格模型，刪除雜亂三角形，通過先選擇表面可見三角形然后再反選的方法，可一次性刪除隱藏在模型內(nèi)部的大量不可見三角形；（ii）目標(biāo)骨三角網(wǎng)格模型的精簡與平滑處理；（iii）建立目標(biāo)骨三角網(wǎng)格模型的特征曲線網(wǎng)，將目標(biāo)骨模型分為若干區(qū)塊，對每一區(qū)塊進(jìn)行四邊域劃分，特征曲線網(wǎng)可由軟件自動(dòng)提取再手工編輯得到，或者使用事先建立的特征曲線網(wǎng)模板再向目標(biāo)骨模型進(jìn)行映射生成；（ⅵ）將目標(biāo)骨模型擬合為分片光滑曲面，將曲面模型導(dǎo)出為iges或step?格式。

4.如權(quán)利要求1所述的個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于：所述的步驟三具體方法為：（i）確定模具基準(zhǔn)平面，設(shè)計(jì)模具外形塊，從模具外形塊中減去目標(biāo)骨的曲面模型得到內(nèi)部型腔；（ii）設(shè)計(jì)用于模具層板裝配的定位銷、螺栓孔等工藝結(jié)構(gòu)；（iii）進(jìn)行模具分層，按幾何適應(yīng)性原則確定分層厚度；（ⅳ）設(shè)計(jì)每層模具板的外輪廓，定位銷與螺栓孔部位采用凸耳結(jié)構(gòu)，如果一層板上含有多個(gè)型腔輪廓，則型腔輪廓間采用連接筋相連；（ⅴ）在最上層板上設(shè)計(jì)澆注通道。

5.如權(quán)利要求1所述的個(gè)體化人工骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，其特征在于：所述的步驟四具體方法為：（i）確定模具材料與板材規(guī)格、加工機(jī)床與刀具，模具材料采用易于機(jī)械加工并可在適當(dāng)溫度下氣化分解的材料；（ii）制定加工工藝，編制數(shù)控加工代碼，在數(shù)控機(jī)床上加工模具層板，板的一面加工完畢后翻轉(zhuǎn)加工另一面，加工過程分粗、精加工兩個(gè)階段，粗加工階段用端銑刀快速切除材料，精加工階段用球頭銑刀精密加工型腔輪廓；（iii）在上、下部分層板的型腔表面噴涂脫模劑，進(jìn)行模具裝配；（ⅳ）向模具內(nèi)澆注事先配制好的人工骨漿料，進(jìn)行凝膠處理；（ⅴ）漿料凝固后，脫去上下部分模具層板；（ⅵ）干燥處理，割掉型腔連接筋；（ⅶ）將毛坯與模具外殼一起放入燒結(jié)爐，分低、高溫兩個(gè)階段進(jìn)行燒結(jié)，在低溫?zé)Y(jié)階段將溫度緩慢升高到400℃，以分解模具材料與毛坯內(nèi)的有機(jī)成分，在高溫?zé)Y(jié)階段將溫度快速升高到1200℃左右的陶瓷或金屬粉末成型燒結(jié)溫度，以獲得高強(qiáng)度制品。