本發(fā)明涉及人或動(dòng)物的人工模擬骨骼的制造領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種三維模型及其成型方法。

背景技術(shù)：

目前，三維(3d)打印機(jī)的類型眾多,其中熔融堆積原理的三維打印機(jī)較為普遍。其打印材料常見的如聚乳酸(pla)、abs等材料。

其中，pla(聚乳酸)是一種應(yīng)用最為廣泛且人體安全的打印材料，在多種類型的熔融堆積類型的三維打印機(jī)上均可通用性。目前，pla材料已經(jīng)開始逐漸大量應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。例如，利用pla生產(chǎn)的醫(yī)用手術(shù)縫合線，當(dāng)應(yīng)用這種手術(shù)縫合線時(shí)，在手術(shù)傷口縫合之后，不需要再人為拆線，因?yàn)閜la具有良好的生物降解性和生物相容性，使其在人體內(nèi)很容易被降解和生物轉(zhuǎn)化，從而被人體吸收。

另外，pla作為一種高分子的聚合物，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和成型性，并且在醫(yī)學(xué)上可以用作骨科材料。同樣地，作為骨科材料時(shí)，其依然是一種良好的可吸收材料，并且具有很好的生物相容性。此外，這種材料在降解前期能保持良好的空間結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，并具有很好的骨傳導(dǎo)作用，能有效修復(fù)骨缺損。

然而，由于存在個(gè)體差異，骨科假體或者三維模型的制造過程無法采用批量生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式，一般需要根據(jù)具體的對(duì)象、具體的身體位置而設(shè)計(jì)出合適的三維模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種個(gè)性化定制的缺陷部位的三維模型的成型方法，本發(fā)明的另一目的是提供一種個(gè)性化定制的三維模型。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的缺陷部位的三維模型的成型方法包括下面的步驟:獲得三維圖形;分切步驟,三維圖形經(jīng)過分切軟件處理,得到多層數(shù)據(jù)文檔;啟動(dòng)步驟,的多層數(shù)據(jù)文檔輸入到三維打印機(jī)內(nèi),并啟動(dòng)三維打印機(jī)的打印命令;同時(shí),三維打印機(jī)使用復(fù)合材料作為打印材料,復(fù)合材料包括聚乳酸和纖維素;打印步驟,三維打印機(jī)完成三維模型的成型過程。

由上述方案可見，這種成型過程實(shí)現(xiàn)了缺陷組織的三維模型的個(gè)性化定制功能，并且復(fù)合材料采用聚乳酸和纖維素，這兩種材料均適合用于人體或動(dòng)物體內(nèi)。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，通過掃描裝置對(duì)人或動(dòng)物的缺陷部位進(jìn)行掃描得到初始數(shù)據(jù)，并且所述初始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后獲得三維圖形。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，纖維素與聚乳酸的重量比例在0.3:1至0.4:1。

由上述方案可見，在這個(gè)范圍時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)良的硬度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而適合用于人或動(dòng)物的缺陷組織。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，在打印步驟之前還包括判斷步驟,判斷步驟是指根據(jù)缺陷部位的硬度或者強(qiáng)度選擇特定的復(fù)合材料,對(duì)聚乳酸和纖維素的配比進(jìn)行調(diào)整。

由上述方案可見，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)三維模型的私人定制功能，由于人體或動(dòng)物體內(nèi)的不同位置的生理組織或骨骼的硬度和強(qiáng)度不同，因此需要根據(jù)具體的位置而選取合適比例配比的復(fù)合材料，從而得到適用于不同位置的更為精確控制的三維模型。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，三維模型具有主體部和固定單元,固定單元的至少一部分固定在主體部，在三維模型安裝在缺陷部位后,固定單元用于固定在缺陷部位的周圍組織上。

由上述方案可見，為了避免三維模型的缺陷部位的意外移動(dòng)，通過固定單元的設(shè)置可以將三維模型進(jìn)行固定，并且固定單元也是由上述復(fù)合材料制成的，因此可以在人體或動(dòng)物體內(nèi)自然降解代謝而不需要取出。

進(jìn)一步優(yōu)選的方案是，固定單元為長(zhǎng)條形柔性帶;或者固定單元為螺栓結(jié)構(gòu),主體部具有與螺栓結(jié)構(gòu)配合的內(nèi)螺紋孔。

由上述方案可見，柔性帶的結(jié)構(gòu)或者螺紋配合的方式均是非常簡(jiǎn)易、高效的固定三維模型的方式。

本發(fā)明提供的三維模型通過三維打印機(jī)打印得到,三維模型包括復(fù)合材料,復(fù)合材料包括聚乳酸和纖維素,三維模型具有主體部和固定單元,在三維模型安裝在給定的人或動(dòng)物的缺陷組織后,固定單元用于固定在缺陷組織的周圍組織上。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，三維模型為三維骨模型。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，三維模型具有第一部分和第二部分,第一部分的硬度大于第二部分的硬度。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，固定單元為長(zhǎng)條形柔性帶。

一個(gè)優(yōu)選的方案是，固定單元為螺栓結(jié)構(gòu),主體部具有與螺栓結(jié)構(gòu)配合的內(nèi)螺紋孔。

附圖說明

圖1是本發(fā)明缺陷部位的三維模型的成型方法實(shí)施例的流程圖。

圖2是本發(fā)明三維骨模型第一實(shí)施例的剖視圖。

圖3是本發(fā)明三維骨模型第一實(shí)施例應(yīng)用在缺陷組織后的剖視圖。

圖4是本發(fā)明三維骨模型第一實(shí)施例應(yīng)用在缺陷組織后，且固定單元固定在周圍組織上的剖面示意圖。

圖5是本發(fā)明三維骨模型第二實(shí)施例的剖視圖。

圖6是本發(fā)明三維骨模型第二實(shí)施例應(yīng)用在缺陷組織后的剖視圖。

圖7是本發(fā)明三維骨模型第二實(shí)施例應(yīng)用在缺陷組織后，且固定單元固定在周圍組織上的剖視示意圖。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

缺陷部位的三維模型的成型方法實(shí)施例

本實(shí)施例的缺陷部位的三維模型的成型方法包括下面的步驟。

如圖1所示，首先，獲得三維圖形。在一種實(shí)施方式中，執(zhí)行掃描步驟s1。通過掃描裝置對(duì)人或動(dòng)物的缺陷部位進(jìn)行掃描得到初始數(shù)據(jù),初始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理得到三維圖形。缺陷部位具體可以是肌肉組織、骨骼組織、脂肪組織等部位，這里的缺陷是指人或動(dòng)物的正常組織部位受到創(chuàng)傷或其它傷害后，正常組織在物理上出現(xiàn)缺陷而形成缺陷部位。例如，人體骨骼受到創(chuàng)傷后發(fā)生斷裂，而斷裂的一部分骨頭被取出，取出后的部位就形成缺陷部位。再如，人體肌肉組織受到意外創(chuàng)傷而失去一部分結(jié)構(gòu)，這些失去的結(jié)構(gòu)就形成缺陷組織。掃描儀具體可以是ct掃描儀，ct掃描儀通過對(duì)缺陷組織的多個(gè)維度進(jìn)行掃描后，經(jīng)過處理器的分析后即可模擬得到需要打印的三維物體的信息，在一些情況下，ct掃描儀可以用于確定缺陷組織的位置以及獲得缺陷部位如骨骼的斷裂面的數(shù)據(jù)信息而得到初始數(shù)據(jù)，醫(yī)生根據(jù)這些初始數(shù)據(jù)信息在電腦上進(jìn)行分析后模擬得到需要打印的三維圖形。在一些情況下，如果醫(yī)生可以直接根據(jù)人體的骨骼情況獲得三維模型的三維圖形的信息，則無需借助于掃描儀對(duì)患者的缺陷組織進(jìn)行掃描，例如在一些情況下患者的一個(gè)完整骨骼的整體需要打印時(shí)，醫(yī)生可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到該骨骼的三維圖形。例如對(duì)于缺陷組織，如一部分被破壞后的骨骼，先經(jīng)過掃描儀的掃描，經(jīng)過處理器的分析處理后，即可得到被破壞部分骨骼的三維物體的信息。這種ct掃描儀在醫(yī)學(xué)上，特別是骨科醫(yī)學(xué)上的掃描過程、分析過程和三維物體建模過程已經(jīng)得到一些研究，并且開始逐步應(yīng)用在臨床醫(yī)學(xué)中。

然后，執(zhí)行分切步驟s2，通過掃描獲得的骨骼模型的三維圖形數(shù)據(jù)經(jīng)過分切軟件處理,得到多層數(shù)據(jù)文檔。分切軟件采用現(xiàn)有的三維打印機(jī)的分切軟件。

接著，執(zhí)行啟動(dòng)步驟s3。多層數(shù)據(jù)文檔輸入到三維打印機(jī)內(nèi),并啟動(dòng)三維打印機(jī)的打印命令。同時(shí),三維打印機(jī)使用復(fù)合材料作為打印材料,復(fù)合材料包括聚乳酸和纖維素。復(fù)合材料可以制成絲狀打印材料或者制成混合粉末狀打印材料。在復(fù)合材料的制作方法中，還可加入交聯(lián)劑、增強(qiáng)劑、相容劑、熱穩(wěn)定劑和抗氧劑等成份。纖維素與聚乳酸的配比可以根據(jù)具體的需要進(jìn)行比例調(diào)配。根據(jù)人體或動(dòng)物體內(nèi)的骨骼或其它組織的硬度或強(qiáng)度值，發(fā)現(xiàn)纖維素與聚乳酸的重量比例控制在0.3:1至0.4:1較為合適，因?yàn)樵谶@一比例的復(fù)合材料打印形成的三維模型如骨骼模型與人體或動(dòng)物內(nèi)的組織的硬度或強(qiáng)度基本一致。

另外，在打印步驟之前還可以包括判斷步驟,判斷步驟是指根據(jù)缺陷部位的硬度或者強(qiáng)度選擇特定的復(fù)合材料,即對(duì)聚乳酸和纖維素的配比進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)具體的缺陷組織部位，對(duì)纖維素與聚乳酸的比例進(jìn)行調(diào)配，一般而言，纖維素占據(jù)的相對(duì)比例越高時(shí)，復(fù)合材料得到三維模型的硬度會(huì)下降。因此，針對(duì)骨骼組織等不同的硬度需求，可以選取不同比例的纖維素和聚乳酸的配比而獲得適合具體缺陷部位硬度需求的三維模型。

最后，執(zhí)行打印步驟s4，三維打印機(jī)完成三維模型的成型過程。三維打印機(jī)的具體結(jié)構(gòu)可以是現(xiàn)有的三維打印機(jī)。例如，本申請(qǐng)人申請(qǐng)了多項(xiàng)關(guān)于fdm（熔融沉積三維打印機(jī)）的三維打印機(jī)，它們均適用于完成上述復(fù)合材料的成型。例如，申請(qǐng)?zhí)枮閏n201510050138.7、cn201410613913.0、cn201510981629.3中國(guó)發(fā)明專利公開了具體類型的三維打印機(jī)。

三維骨模型第一實(shí)施例

本實(shí)施例的三維模型通過上述的缺陷部位的三維模型的成型方法實(shí)施例打印得到，三維模型為三維骨模型，三維骨模型使用復(fù)合材料通過三維打印成型,復(fù)合材料包括有聚乳酸和纖維素。如圖2至4所示，三維模型具有主體部10和固定單元11,固定單元為長(zhǎng)條形柔性帶，長(zhǎng)條形柔性帶也采用復(fù)合材料打印形成。在三維模型安裝在給定的人或動(dòng)物的缺陷組織12后,固定單元11用于固定在缺陷組織的周圍組織12上。

三維骨模型第二實(shí)施例

如圖5至7所示，三維骨模型具有主體部13和固定單元14,固定單元14為螺栓結(jié)構(gòu),螺栓結(jié)構(gòu)表面具有外螺紋。主體部13具有與螺栓結(jié)構(gòu)配合的內(nèi)螺紋孔15。固定單元14穿過內(nèi)螺紋孔15并且穿過周圍組織16，從而把主體部13與周圍組織16固定在一起，避免其出現(xiàn)移動(dòng)。

在其它實(shí)施例中，三維模型可以具有第一部分和第二部分,第一部分和第二部分可以是連接的，或者第一部分和第二部分處于隔離的狀態(tài)。第一部分的硬度大于第二部分的硬度。在一種實(shí)施方式中，第一部分為主體部，第二部分為固定單元，固定單元的至少一部分連接在主體部上。當(dāng)打印這種硬度不同的三維模型時(shí)，三維打印機(jī)的基本結(jié)構(gòu)為包括第一容器和第二容器，第一容器裝載聚乳酸，第二容器裝載纖維素，第一容器和第二容器的出口處均設(shè)置有流量控制閥門。第一容器和第二容器的出口匯聚在混合室，混合室內(nèi)可以增加一個(gè)加熱攪拌裝置，從而把復(fù)合材料混合熔融后擠出到打印平臺(tái)上。由于第一容器和第二容器設(shè)置有流量控制閥門，因此其可以打印出硬度不同的三維模型。顯然，固定單元如長(zhǎng)條形柔性帶的硬度最好低于主體部的硬度。

在現(xiàn)有的另一種三維打印機(jī)中，這種三維打印機(jī)可以裝載多種不同類型的絲料，并且根據(jù)具體的需求，可以在這幾種絲料之間隨意進(jìn)行切換，由于絲料的硬度可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，因此這種三維打印機(jī)就可以根據(jù)具體需求在三維物體的不同位置打印出硬度不同的局部物體。例如在申請(qǐng)?zhí)枮閏n201410609259.6的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中就公開了一種可以在多種絲料之間進(jìn)行切換的三維打印機(jī)。

最后需要說明的是，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，諸如固定單元采用其它的設(shè)計(jì)如上述兩種方案的結(jié)合的設(shè)計(jì)等也在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。