[發明專利]一種基于多軸聯動控制和機器視覺測量的3D打印系統

有效

• 申請號: 201610908576.7
• 申請日: 2016-10-19
• 公開（公告）號: CN106264796B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李俊;謝銀輝;林錦新;李風煜
• 申請（專利權）人: 泉州裝備制造研究所
• 主分類號: A61F2/28
• 分類號: A61F2/28;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司35205
• 代理人: 陳云川

技術領域

本發明涉及一種基于多軸聯動控制和機器視覺測量的3D打印系統，屬3D打印領域。

背景技術

隨著生活水平的日益提高，人們對醫療保健更加關注。然而因為一些疾病、交通事故等導致人體骨骼嚴重損傷，因為受技術水平的限制，現階段難以修復，許多病人因此失去生活自理能力，這給病人及其家庭都帶來了嚴重的影響。當前針對骨骼缺損這一問題的主要方法是依靠自體的組織移植、異體組織移植、使用替代材料修復等。目前這些方法均存在較大弊端，如兩次手術、取骨量限制、傳播疾病、成骨活性低下等。自體骨是從患者身體的其他部位，獲取一些骨骼，然后用到需要的部位，這種方式存在取骨量有限，并且無法獲得滿足需求的形狀等問題。大塊骨缺損修復一直是臨床骨科難題，組織工程學的發展為骨缺損修復提供了新思路，人工骨有望取代傳統自體或同種異體骨，避免患者二次創傷。

人工骨支架材料及制備也成為了研究熱點。如CN 105287055 A，名稱為“一種3D打印個體化體外骨”的中國發明專利申請中，公開了一種3D打印個體化體外骨，其步驟在于：(1)收集患者身體部位的三維掃描信息數據，分析其結構特點；(2)將患者身體部位的三維掃描數據導入計算機，精確還原得到患者掃描部位的三維圖像；(3)分析解剖上述三維圖像，獲得掃描部位的反向數據，重建得到其三維模型；(4)將三維模型存儲或轉化為格式文件；(5)將上述得到的功能缺失部位三維模型通過計算機參考人體大數據設計出相應的體外骨輔助裝置三維模型；(6)將設計好的體外骨模型在檢測軟件的進行比對檢測，對設計方案、模型進行完善與優化；(7)將上述設計出的體外骨輔助裝置和患者身體部位三維模型運用計算機進行輔助動態模擬；(8)將上述三維模型保存為格式文件以用于傳輸，存儲，瀏覽，檢查，修改和加工生產；(9)3D打印體外骨輔助轉置，快速實現實物模型。

再如授權公告號CN 103948456 B，名稱為“自動化控制的轉盤式氣動多噴頭生物3D打印成形系統及方法”的中國發明專利中，公開了一種自動化控制的轉盤式氣動多噴頭生物3D打印成形系統，包括噴射裝置、三維運動機構、成形臺以及控制系統，所述的噴射裝置采用轉盤式多噴頭噴射裝置，設置在三維運動機構中Z1軸運動機構上而隨Z1軸運動滑塊上下滑動；所述的成形臺安裝在三維運動機構中X軸運動滑塊上；所述的控制及數據處理系統是聯接控制轉盤式多噴頭噴射裝置和三維運動機構的電機。所述轉盤式多噴頭噴射裝置包括控制轉盤電機、橫梁、電機軸、連接管、轉盤、螺母、注射器活塞筒體、注射器針頭、軸套、槽型光電開關和槽型光電開關遮擋物；所述橫梁固定安裝在Z1軸運動滑塊上；所述控制轉盤電機通過螺絲固定安裝在橫梁上，電機軸朝下；所述軸套是一個外螺紋套筒，電機軸與軸套一端螺紋連接；所述轉盤中間有一個通孔，內圈為內螺紋，轉盤與軸套另一端連接，為內外螺紋連接方式；控制轉盤電機運行帶動電機軸旋轉，同時帶動轉盤旋轉運動，即帶動注射器活塞筒體和注射器針頭旋轉；所述轉盤上方表面安裝4個連接管，連接管周向均勻分布在轉盤上，連接管上連接氣管，有氣泵提供氣體；所述轉盤下方加工4個內螺紋孔，所述螺母上部分外表面加工成外螺紋，螺母的上表面加工達成菱形凸臺，能夠裝進注射器活塞筒體，注射器活塞筒體注入材料溶液，并一起與轉盤內外螺紋連接，連接之間通過密封圈密封，以防漏氣；通過氣泵提供氣體將注射器活塞筒體中的材料溶液從注射器針頭中擠出；所述槽型光電開關固連在橫梁下方，槽型光電開關遮擋物固連在轉盤上表面，控制轉盤電機運行轉動后帶動轉盤旋轉，即槽型光電開關遮擋物旋轉碰到槽型光電開關的信號，停止轉盤運動，即注射器針頭到達指定的位置。

目前在用于制備人工骨的3D打印方法中，主要有光固成型法、分層實體制造法、熔融沉積制造法、選擇性激光燒結法、噴墨堆積增材成型法。光固成型法所用材料是光敏樹脂等，植入體內后其生物相容性和降解性都不好，甚至引起毒副反應。分層實體制造法在制備人工骨時，需要先將羥基磷灰石等材料制成可以卷曲的薄層狀，然后由熱壓機構將一層層薄片粘結在一起，從材料學角度看，這種方法難以實現。熔融沉積制造法使用的打印材料需要經過抽絲處理，要有一定的強度，因此材料受到很大的限制，另外不易加工復雜的形狀。選擇性激光燒結法使用的激光系統價格非常昂貴，維護費用較高，導致加工成本較高，未被燒結的羥基磷灰石粉末難以去除。而噴墨堆積增材成型法可以直接將生物相溶水性溶液與羥基磷灰石粉末粘結起來，避免了上述方法對打印條件、溫度環境的苛刻要求。