一種矯形器的三維打印制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維打印技術，具體涉及一種基于三維掃描、數(shù)字修復和三維打印技術的矯形器制備方法。
【背景技術】
[0002]矯形器，是指裝配于人體四肢、軀干等部位的體外器具的總稱，其目的是為了預防或矯正四肢、軀干的畸形或治療骨關節(jié)及神經肌肉疾病并補償其功能。其功能主要包括以下幾個方面:
(I)穩(wěn)定與支持:通過限制肢體或軀干的異常運動來保持關節(jié)的穩(wěn)定性，恢復承重或運動能力。
[0003](2)固定與矯正:對已出現(xiàn)畸形的肢體或軀干，通過固定病變部位來矯正畸形或防止畸形加重。
[0004](3)保護與免負荷:通過固定病變的肢體或關節(jié)，限制其異?；顒樱３种w、關節(jié)的正常對線關系，對下肢承重關節(jié)可以減輕或免除長軸承重。
[0005](4)代償與助動:通過某些裝置如橡皮筋、彈簧等來提供動力或儲能，代償已經失去的肌肉功能，或對肌力較弱部分給予一定的助力來輔助肢體活動或使癱瘓的肢體產生運動。
[0006]根據(jù)安裝部位，矯形器可分為上肢矯形器(包括但不限于:手指矯形器、對掌矯形器、腕手矯形器、肘矯形器、肩矯形器)、下肢矯形器(包括但不限于:足矯形器、踝足矯形器、膝踝足矯形器、髖膝踝足矯形器)和脊柱矯形器(包括但不限于:頸部矯形器、胸腰骶矯形器、腰骶矯形器)這三大類，例如具有足面變形、腿部畸形、手臂變形、手掌畸形、脊柱側彎等傷殘畸形的患者需通過矯形器將其傷殘畸形部位矯正。
[0007]目前，傳統(tǒng)矯形器的生產工藝流程為:
1、通過翻模工藝，使用翻模石膏包裹患者待矯形部位，待石膏硬化后取下，取得患者待矯形部位的石膏陰模。
[0008]2、通過陽模成形技術，將上一步取得的石膏陰模拼接封閉，將陽模石膏灌入其中，待其冷卻后去除外面石膏陰模，取得患者待矯形部位的石膏陽模。
[0009]3、將患者待矯形部位的石膏陽模固定，矯形師使用各種矯形輔助工具對石膏陽模進行形態(tài)修復，將其變形部位通過填補、凹陷、扭曲等手法糾正，取得修復完成的石膏陽模。
[0010]4、使用熱塑板型材料，通過真空抽取工藝，將其包覆在已修形的石膏陽模上，取得矯形器的初步毛坯。
[0011]5、對矯形器毛坯進行剪裁，在剪裁后的坯體上安裝搭扣、魔術貼等零件，取得具有矯形功能的矯形器成品。
[0012]傳統(tǒng)矯形器取形過程復雜不精確，需要對患者進行石膏包覆操作，容易使患者感受不舒適，并可能對患者造成扭曲傷害。陽模填充和陰模去除等步驟都產生不同程度的形變和細節(jié)丟失。傳統(tǒng)工藝的修形工作僅憑矯形師經驗進行，無法對修形部位精確定位，也無法掌握具體凹陷凸起的形變尺度和平滑程度，真空抽取成形工藝復雜，取得的矯形器厚度不一致，毛坯還需剪裁、安裝輔助零件等步驟，還會對其本身有一定的形變影響。
[0013]綜上所述，傳統(tǒng)矯形器的生產周期長、矯形效果一般，人力成本昂貴，對患者有著較大的不便。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有矯形器取形工藝復雜、生產時間長、精確度不高的缺點，提供一種矯形器生產方法，該方法通過三維掃描技術解決了取形修形復雜的問題；使用三維軟件進行數(shù)字化矯正修復，使修正過程定量精確；采用三維打印的生產方式，材料多樣，生產速度迅速。因全程采用三維數(shù)字化操作，本方法省去了絕大部分人力加工工作，成本低廉。
[0015]本發(fā)明提供了一種矯形器的制備方法，包括如下步驟:
(1)通過三維掃描設備掃描待矯正部位，記錄待矯正部位的三維掃描數(shù)據(jù)；
(2)通過三維軟件對掃描得到的三維模型進行數(shù)據(jù)處理，得到具有矯形功能的矯形器數(shù)字三維模型；
(3 )通過三維打印工藝將矯形器數(shù)字三維模型打印成形。
[0016]步驟(I)中，三維掃描設備可選擇市場已上市的產品，例如手持式三維掃描儀或自動旋轉式三維掃描平臺，例如Holon公司的3DS, Artec 3D公司的Artec Spider等。
[0017]步驟(2)中，三維軟件具體可選自Rhino3D、SketchUp> Magics等軟件,對掃描得到的三維模型進行數(shù)據(jù)處理，得到可以三維打印的數(shù)字三維模型，處理過程具體包括:首先通過三維軟件去除步驟(I)掃描過程中產生的雜訊和背景無用事物，得到純凈的待矯形部位三維模型；然后通過以保留功能區(qū)域，限定肢體運動的原則對三維模型進行剪裁，得到矯形器初步形態(tài)的三維模型；最后使用三維軟件對三維模型的特殊機械性能要求的區(qū)域，例如:關節(jié)、肌肉群、磨繭、扭曲肢體，進行符合人體工程學功能需求的形變，得到具有矯形功能的矯形器數(shù)字三維模型。
[0018]步驟(3)中，根據(jù)待矯形部位的形狀、在人體的部位、需要的機械性性能、生產時限等因素，選擇符合打印工藝要求和矯形器機械強度需求的材料通過三維打印技術將矯形器數(shù)字三維模型打印成型完成生產。例如通過SLA三維打印工藝使用光敏樹脂、SLS三維打印工藝使用尼龍或尼龍玻璃纖維材料。
[0019]SLA三維打印基于液態(tài)光敏樹脂的光聚合原理，通過激光掃描液態(tài)光敏樹脂層，形成固化區(qū)塊，通過各樹脂層的固化掃描與疊加，得到快速成型產品。SLA工藝發(fā)展成熟，材料多樣且產品精確度高，表面光滑質量好。
[0020]SLS三維打印基于激光燒結原理，通過激光掃描加熱的原材料粉層表面使掃描區(qū)域燒結，通過粉層的層層疊加燒結得到快速成型產品。SLS工藝生產產品無需支撐，原材料粉末可回收且環(huán)保。產品耐磨強韌耐熱無毒。
[0021 ] 利用上述工藝制備得到的矯形器，具有三維掃描取形便捷、數(shù)字修復矯形精確、生產成形快速、材料多樣、價格低廉等優(yōu)點。與熱塑板材產品相比，通過三維打印生產的產品制作周期至多僅為15小時，精度可達到0.1mm;產品變形小，與計算機模型的相對誤差不超過0.2%，相比原先的石膏取模方法具有顯著的進步。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的三維掃描示意圖；其中1.三維掃描儀，2.待掃描軀體，3.掃描所得腿部數(shù)據(jù)，4.掃描所得手臂數(shù)據(jù)，5.掃描所得軀干數(shù)據(jù)，6.掃描所得手腕數(shù)據(jù)，7.掃描所得頸部數(shù)據(jù)；
圖2是本發(fā)明的三維數(shù)字修復示意圖；其中8.計算機軟件處理，9.踝足矯形器三維模型，10.手臂矯形器三維模型，11.腰骶矯形器三維模型，12.腕手矯形器三維模型，13.頸部矯形器三維模型；
圖3是本發(fā)明的三維打印示意圖；其中14.三維打印機生產，15.踝足矯形器產品，16.手臂矯形器產品，17.腰骶矯形器產品，18.腕手矯形器產品，19.頸部矯形器產品。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0024]實施例1
通過操作3D systems公司的Sense手持式人體掃描儀三維掃描儀(I )，對患者需矯形部位，即待掃描肢體(2)進行三維掃描，掃描得到患者需要矯形腿部(3)的三維掃描數(shù)據(jù)，如圖1所示。
[0025]通過使用計算機軟件(Materialise公司的Magics軟件)處理(8)掃描所得到的肢體數(shù)據(jù)，如圖2所示，對所需要矯形的肢體進行外形修復、形態(tài)矯正等操作，得到踝足矯形器三維模型(9)。
[0026]將踝足矯形器三維模型輸入三維打印機中，通過三維打印機生產(14)，得到踝足矯形器產品(15)，如圖3所示。使用EOS公司的SLS激光燒結