專利名稱：一種個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
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)用植入體的個體化與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，具體地說是一種個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。
背景技術(shù)：
個體化人工骨是針對病人的特定解剖結(jié)構(gòu)定制的人工骨，相對大批量生產(chǎn)的骨科植入物，由于它與患病組織更相匹配與吻合，從而可取得更佳治療效果。然而，現(xiàn)有的人工骨的制造技術(shù)難以滿足個體化定制的及時性，制約了個體化定制人工骨的臨床推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的人工骨成型制造方法大多采用快速原型制造(Rap i dPrototyping, RP)技術(shù)，包括RP直接制造與模具間接制造方法。CN1561927A根據(jù)CT圖像生成控制RP成型機(jī)的計(jì)算機(jī)指令，采用羥基磷灰石漿料，在凝膠疊層快速成型機(jī)上進(jìn)行人工骨制造；CN101856514A采用珊瑚羥基磷灰石粉末與左旋聚乳酸混合材料，在“選域激光燒結(jié)” RP成型機(jī)上直接制作人工骨支架；CN1618412A首先用RP成型機(jī)制作骨模型，然后翻制石膏陰模，再在石膏陰模中澆注生物活性人工骨漿料，固化脫模后得到顱頜骨修復(fù)體；CN1561931A首先用RP成型機(jī)制造壁上帶孔的模具，再用涂掛有膠原蛋白的可吸收縫合線在孔間編織成立體交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后在內(nèi)部澆注人工骨漿料，固化脫模后得到內(nèi)部連通的人工骨。在以上方法中，CN1561927A與CN101856514A用RP設(shè)備直接制造人工骨，但目前只有少數(shù)RP設(shè)備能夠直接制造高強(qiáng)度的人工骨，并且設(shè)備價(jià)格昂貴。CN1618412A與CN1561931A先用RP制作模具，再用模具成型人工骨，雖然RP技術(shù)能夠制作出人工骨模具型腔的幾何形狀，但分模面的確定與脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然是一個很復(fù)雜的問題。此外，RP技術(shù)無論直接制造還是間接制造，都存在制品表面呈臺階狀、制造時間長、需購置專用設(shè)備等缺點(diǎn)。注凝成型(或稱為凝膠注模成型)是一種新發(fā)展的“近凈成形”工藝，具有漿料固體含量高、密度與收縮率均勻、生坯強(qiáng)度高、澆注工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物陶瓷、鈦合金等材料的人工骨制造，它與另一種近凈成形工藝“粉末注射成型”相比，漿料澆注方式為自然澆注，澆注工藝不需施加壓力，模具強(qiáng)度要求低，這為注凝成型模具的制造方法提供了更大靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有人工骨制造技術(shù)難以滿足臨床需要的高產(chǎn)品質(zhì)量、短制造周期與個體化匹配的問題，提供一種結(jié)合了醫(yī)學(xué)影像處理、逆向工程、CAD/CAM技術(shù)、疊層制造與注凝成型工藝的個體化人工骨模具快速設(shè)計(jì)與制造方法。模具設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)軟件輔助半自動完成，模具制造采用分層切削與組裝工藝，模具材料選用易于機(jī)械加工并可在適當(dāng)溫度下氣化分解者，脫模方法采用機(jī)械分模、切割分模與熱熔分解相結(jié)合的方式。本發(fā)明的具體步驟為第一步、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。其中第一步具體包括以下子步驟
i)將病人的醫(yī)學(xué)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)VolO ；
ii)如果VolO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VoirVolj，使其不含有目標(biāo)骨影像數(shù)據(jù)；
iii)對VoirVolj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VolO中分別減去VoirVolj，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等文件格式。第二步的具體方法為
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；
iv)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。第三步的具體方法為
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。第四步的具體方法為
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°c，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°C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。本發(fā)明與RP制造工藝等現(xiàn)有方法相比所具有的優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn)為首先，本發(fā)明采用分層切削與組裝的 模具制造工藝，單層厚度在4飛毫米以上，不僅能夠獲得光滑的模具型腔表面， 克服RP制品的表面臺階狀缺陷，而且制造時間比RP工藝大大縮短，該工藝還有利于降低模具制造成本，因?yàn)橹恍柙谕ㄓ玫臄?shù)控機(jī)床上即可進(jìn)行加工，不需購置專門的RP成型機(jī)；其次，本發(fā)明將熔模鑄造原理與注凝成型工藝結(jié)合起來，并提出了機(jī)械分模、切割分模與熱熔分解相結(jié)合脫模方法，首先對上下層的部分模具板用機(jī)械分模方法脫去，再切割掉模具板上的連接筋，最后對難以進(jìn)行機(jī)械分模的模具板用熱熔分解法脫去，既解決了單純機(jī)械分模方法中模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題，也在一定程度上改善了熔模方法中模具外殼會阻礙濕坯干燥、收縮率不均勻?qū)е碌拿髯冃我约胺纸鈴U氣造成環(huán)境污染等問題；最后，本發(fā)明結(jié)合醫(yī)學(xué)影像處理、逆向工程與CAD/CAM技術(shù)，提出了一套計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行半自動化模具分層設(shè)計(jì)的方案。


圖I 圖9是通過具體實(shí)施例來幫助闡釋本發(fā)明的附圖。圖I是個體化人工股骨注凝成型模具設(shè)計(jì)與制造工藝總流程。圖2是股骨CT圖像的分割流程。圖3是模具設(shè)計(jì)基準(zhǔn)平面建立的示意圖。圖4是含型腔的模具體積塊。圖5是定位銷與螺栓孔設(shè)計(jì)示意圖，其中5(a)為俯視圖，5(b)為軸測圖。圖6是股骨模具的分層示意圖。圖7是股骨模具層板外輪廓設(shè)計(jì)示意圖，其中7(a)為模具分層得到的第一層板，底面向上；7(b)模具第一層板切割后的外輪廓；7(c)模具分層得到的第二層板，底面向上；7(d)模具第二層板切割后的外輪廓。圖8是人工股骨注凝成型模具的裝配示意圖。圖9是人工股骨注凝成型后去除上下層板，露出部分毛坯的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但應(yīng)指出這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明內(nèi)容之后，能夠在本發(fā)明基礎(chǔ)上作局部改動，這仍然屬于本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例一種個體化人工股骨注凝成型模具的分層式快速設(shè)計(jì)與制造方法，包括以下步驟(總體處理流程見圖I):(I)股骨CT圖像的分割與三維模型的建立，包括以下子步驟(股骨CT圖像分割流程見圖2)
i )采集病人下肢的CT掃描圖像，層間距為I. 5mm (圖像層間距越小，建模結(jié)果就越精確，但最大不宜超過3mm)，以DICOM格式導(dǎo)出，使用Mimics(或3DMed等其他影像處理軟件)打開DICOM格式的CT數(shù)據(jù)。ii )對整個影像數(shù)據(jù)集進(jìn)行閾值分割，設(shè)定CT值范圍為150 1200 (其他目標(biāo)骨的CT值范圍應(yīng)適當(dāng)調(diào)整)，然后用區(qū)域增長法提取股骨，此時股骨的影像數(shù)據(jù)會與相鄰的髖骨與脛骨連接在一起，將此數(shù)據(jù)塊命名為VolO。
iii)將VolO復(fù)制一份，重設(shè)置CT值范圍為270 1200，用區(qū)域增長法提取髖骨，再對其進(jìn)行膨脹的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作，膨脹步距為I像素，得到數(shù)據(jù)集Voll ;用同樣的方法提取脛骨，CT值范圍也為270 1200，膨脹步距為2像素，得到數(shù)據(jù)集Vol2 (不同相鄰骨的CT值范圍與膨脹步距應(yīng)適當(dāng)調(diào)整)。iv)進(jìn)行影像數(shù)據(jù)集的布爾運(yùn)算，從VolO中分別減去Voll與Vol2，再對結(jié)果進(jìn)行區(qū)域增長得到Voln，此數(shù)據(jù)中髖骨與脛骨基本上被分割出去，但仍含有少數(shù)噪聲，對Voln進(jìn)行局部手工編輯，最后進(jìn)行圖像內(nèi)部孔洞填充，即得到股骨的影像數(shù)據(jù)集。V )對Voln數(shù)據(jù)集計(jì)算三維表面模型(即提取等值面)，導(dǎo)出STL格式(或ply、ob j等其他格式)的三角網(wǎng)格模型，模型質(zhì)量選擇中等(模型質(zhì)量越高所含三角形數(shù)量越大，也可以在后續(xù)的網(wǎng)格模型處理階段進(jìn)行精簡)。本實(shí)施例采用的影像處理與三維建模軟件為Materialise公司的Mimics 10. 0(試用版)，所用到該軟件的功能包括DICOM格式數(shù)據(jù)的讀取、閾值分割、區(qū)域增長、數(shù)據(jù)復(fù)制、影像體數(shù)據(jù)的布爾運(yùn)算、圖像數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作、圖像手繪編輯、圖像孔洞填充、等值面生成等，據(jù)發(fā)明者所知，其他影像處理軟件例如中國科學(xué)院自動化所的3DMed，開源軟件VTK、ImageJ等都含有上述全部或絕大部分功能，也可以自行開發(fā)影像處理軟件模塊來完成上述功能或部分功能。(2)股骨光滑曲面模型的建立，具體方法為
i)三角網(wǎng)格模型的清理。使用Geomagic (或Imageware、Rapidform等其他逆向工程軟件)打開STL數(shù)據(jù)，刪去散亂的與不規(guī)則表面處的三角形，對模型表面的孔洞進(jìn)行修補(bǔ)，通過選中模型表面上全部可見三角形，再進(jìn)行“反選擇”，可一次刪除隱藏在模型內(nèi)部的雜亂三角形。ii)三角網(wǎng)格模型的平滑。對三角網(wǎng)格模型進(jìn)行I 2次“松弛”操作，選擇力量因子為中低，平滑因子為中。iii)生成分片光滑NURBS曲面。其中一種方法為將三角網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)入曲面處理階段，首先自動提取特征曲線，特征曲線經(jīng)適當(dāng)手工調(diào)整后將模型分為若干區(qū)塊，對每一區(qū)塊進(jìn)行四邊域劃分(可將其保存為特征曲線網(wǎng)模板已備將來使用)，設(shè)定擬合參數(shù)(可接受默認(rèn)值)進(jìn)行曲面擬合，自動擬合出分片光滑的NURBS曲面，以iges (或step)格式導(dǎo)出。生成分片光滑NURBS曲面的另一種方法為將三角網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)入曲面處理階段，導(dǎo)入事先建立的特征曲線網(wǎng)模板，再進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，設(shè)定擬合參數(shù)(可接受默認(rèn)值)進(jìn)行曲面擬合，自動擬合出分片光滑的NURBS曲面，以iges或STEP AP203格式導(dǎo)出。本實(shí)施例采用的逆向工程軟件為Raindrop公司的Geomagic 7. 0 (試用版)，所用到該軟件的功能包括三角形的選擇與刪除、孔洞填補(bǔ)、網(wǎng)格平滑、網(wǎng)格特征識別與分塊、四邊域劃分、特征曲線網(wǎng)模板的導(dǎo)出與導(dǎo)入、曲面擬合等，據(jù)發(fā)明者所知，其他逆向工程軟件例如Imageware、Rapidform也具有上述全部或絕大部分功能,也可以自行開發(fā)逆向工程軟件模塊來完成上述功能或部分功能，不同逆向工程軟件對上述功能的具體操作方式會略有區(qū)別，但多數(shù)逆向工程軟件都可以實(shí)現(xiàn)這些功能。(3)股骨模具體積塊生成與分層設(shè)計(jì)，具體方法為
i )使用Pro/Engineer (或UG、Catia、Solidworks等其他CAD軟件)軟件導(dǎo)入股骨的iges格式曲面模型，Pro/Engineer軟件自動生成三個參考平面，對其進(jìn)行適當(dāng)平移與旋轉(zhuǎn)變換后得到模具設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)平面，取其中之一為模具分層平面，記為T0P1，其法向?yàn)橹鞣帜７较?。ii )在TOPl平面上繪制模具外形草圖，沿法向拉伸出模具外形塊，使其完全包容股骨幾何模型，邊界厚度大約取10mm。iii)對導(dǎo)入的股骨曲面模型進(jìn)行實(shí)體化操作，Pro/Engineer軟件在模型外形塊中自動裁剪出型腔，得到包含型腔的模具體積塊。iv)確定定位銷孔與螺栓連接孔的位置，繪制草圖，在模具體積塊上拉伸出孔特征。V )使用TOPl平面的偏移對模具體積塊進(jìn)行分層，最上層與最下層厚度為15mm，中間層均為5mm，將分層后的模具板另存為CAD實(shí)體文件。vi)設(shè)計(jì)每一層模具板的外形。分別提取模具板上下表面的型腔輪廓，取兩者中靠近外側(cè)線條再向外偏置5 8_，得到外輪廓的基本線條；如果一層板上含有多個型腔輪廓，則采用筋板將其連接，筋板寬度取4 6mm ;定位銷孔與螺栓連接孔的部位，設(shè)計(jì)為凸耳結(jié)構(gòu)，如圖所示。Vii)在最上一層板上設(shè)計(jì)澆注流道，完成模具裝配圖。本實(shí)施例所采用的CAD軟件為PTC公司的Pro/Engineer Wildfire 5.0,所用到該軟件的功能包括iges或step格式幾何模型的導(dǎo)入、基準(zhǔn)平面生成、拉伸等特征建模、布爾運(yùn)算、模型切割等，據(jù)發(fā)明者所知，其他CAD軟件例如UG、Catia、Solidwork等，也具有上述全部或絕大部分功能，也可以自行開發(fā)CAD軟件模塊來實(shí)現(xiàn)上述功能或部分功能。不同CAD軟件對上述功能的具體操作方式會略有區(qū)別，但多數(shù)CAD軟件都可以實(shí)現(xiàn)這些功能。(4)模具層板加工、模具裝配與注凝成型。具體步驟為
i)選用厚度為5mm與15mm的PMMA板(或其他可在30(T400°C熱分解的材料)作為模具材料，在三軸CNC雕銑機(jī)(或其他數(shù)控機(jī)床)上加工每層板。ii)對模具板進(jìn)行清洗后，在最上與最下層板的型腔表面噴涂脫模劑，進(jìn)行模具裝配；
iii)向模具內(nèi)澆注配制好的氧化鋁一丙烯酰胺基凝膠漿料(或其他漿料)，加入引發(fā)劑與催化劑進(jìn)行凝膠處理；
iv)漿料凝固后，割掉型腔連接筋，脫去上下兩層模具板；
V)將毛坯與模具外殼一起 放入干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥；
vi)將毛坯與模具外殼一起放入燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，在400°C以下的低溫?zé)Y(jié)階段PMMA模具可完全氣化分解。
權(quán)利要求
1.一種個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I所述的個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)VolO ；(ii)如果VolO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VoirVolj，使其不含有目標(biāo)骨影像數(shù)據(jù)；(iii)對VoirVolj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VolO中分別減去VoirVolj，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I所述的個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I所述的個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I所述的個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°C，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°C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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種個體化人工骨注凝成型模具的快速設(shè)計(jì)與制造方法，具體步驟為第一步、用影像處理與三維建模軟件對目標(biāo)骨醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分割并建立目標(biāo)骨表面的三維模型；第二步、使用逆向工程軟件打開目標(biāo)骨表面的三維模型，建立目標(biāo)骨光滑曲面片與CAD模型；第三步、用工業(yè)設(shè)計(jì)三維軟件打開所述的CAD模型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)并對設(shè)計(jì)的模具分層；第四步、根據(jù)第三步設(shè)計(jì)的模具以及分層，對模具的層板進(jìn)行加工和模具裝配，最后注凝成型和脫模。本發(fā)明結(jié)合醫(yī)學(xué)影像處理、逆向工程與CAD/CAM技術(shù)，提出了一套計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行半自動化模具設(shè)計(jì)的方案。
文檔編號A61F2/28GK102614034SQ201210063270
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者劉泗巖, 劉浩, 盧光明, 周長圣, 嵇萍, 黃念一 申請人:南京航空航天大學(xué)