INSPIRE 在3D打印骨骼上的應用
隨著打印技術逐漸成熟,在3D打印醫療這等個性化定制的領域也越來越普遍,但由于用于醫療的材料相對要求較高,于是打印成本還是非常高,于是便有了對醫療產品輕量化,節省打印材料,減少打印時間,進而減少成本,改善醫患關系的想法。以下使用一個鈦合金打印股骨的例子,來簡單展示INSPIRE在醫療上的應用。
(在實際應用上或許只需打印中間一小段來拼接粉碎性骨折的骨頭,本文為了展示故做整根骨頭的例子)
1、首先取得各個視圖后使用solidThinking EVOLVE的polyNURBS建模,

2、在建模完成后,根據INSPIRE的優化要求對模型分離出優化空間
因為上端和下端表面需要與軟組織接觸,故保留為非設計空間,
用修剪分出上中下三段、并對上下兩段抽殼

3、把模型導入INSPIRE,考慮到抽殼后的上下端內部可能還會有重要的傳力路徑,故用INSPIRE里簡化-填塞命令進行填充
上端進行同樣的操作,之后把填塞部分與中段使用布爾運算-合并
爆炸圖
4、設定材料為Ti6Al4V,添加工況載荷
以一段為支撐,另一端各個方向受力600~800N不等,兩端都如此,
5、由于采用3D打印的方法生產,故不作任何造型約束,直接點擊優化,得出一個呈中空狀的結果,并分析
6、分析結果,在全部工況同時施加的這種極端狀況下強度依舊過剩,而且安全系數滿分,故決定采用迭代優化。
7、再導出EVOLVE建模,把中段抽殼處理,上下段的形狀用polyNURBS捏出來之后與中段求和,再減去多余的部分,使模型接近第一次優化的結果
8、再次導入INSPIRE的文件,取代掉第一次優化的設計空間,用同樣的設置,再次點擊優化,得出以下結果
局部圖
分析可以看到,中間部分幾乎在綜合工況下已經達到極限
9、這個時候把它重建模,通過簡單的畫線,擠出實體,布爾運算求差,即可完成重建。
10、把重建好的中段導進第二次優化的文件中
11、用第一次優化結果的重建模型布爾運算求差減去第二次優化結果的重建模型
爆炸圖剖面局部:
12、再次使用同樣的工況優化,但優化類型選擇格柵優化,修改格柵結構的參數至可打印的范圍。
得出結果并分析,在結果封套的極端情況下,得出的應力和安全系數都在接受范圍內。即完成優化,導出STL即可進行后續打印工作。
局部細節
總結:
使用INSPIRE在保證產品性能、壽命的情況下,極大地減輕了骨骼重量,減少打印成本,第三次優化出的格柵結構,并非完全用來填充主體,而是充當補強結構,增強原本拓撲至極限的骨骼實體部分且能與身體組織更好地結合。
實際打印效果
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