具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法

2023-05-29 06:51:21

專利名稱：具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法
技術領域：
本專利涉及一種組織工程領域的仿生支架計算機模型的建立方法，特別是一種具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法。
背景技術：
仿生支架內部微孔結構的生成有很多方法，目前主要是通過纖維粘結、氣體發泡、相分離技術、溶液澆鑄/粒子瀝析及快速成型技術等手段進行的。纖維粘結技術是利用熱處理或溶液粘結無紡纖維網狀物的方式形成三維多孔支架；氣體發泡技術是利用高壓二氧化碳和氣體致孔劑製備出多孔仿生支架；液—液相分離技術是在聚合物溶液中形成聚合物富相和貧相，通過升華等方式去掉聚合物貧相後，即可獲得多孔的聚合物支架；溶液澆鑄/粒子瀝析技術通過將致孔劑和可降解材料混合，澆鑄到具有外部形狀特徵的模具成型，然後通過溶液溶解的方法，溶解其中的致孔劑，獲得多孔支架；目前應用快速成型技術加工具有內部微孔的仿生支架，主要是通過改變加工工藝的方法，如改變加工參數產生局部微孔等。
上述仿生支架的製作方法需要附加的材料(如致孔劑等)，製作過程複雜，需要專門的設備，而且都生成的支架內部的微孔存在一定的缺點，如孔隙形態難以控制(纖維粘結技術、相分離技術)；製作的支架內部存在封閉孔隙，孔隙中的致孔劑不能完全去除，不能控制孔隙間連通通道形態和尺寸(氣體發泡技術、相分離技術)；相分離技術加工的支架內部微孔的孔徑較小(100um以下)；溶液澆鑄/粒子瀝析技術製造的支架，微孔的結構與致孔劑的形態、尺寸以及環境因素(溫度、溼度等)有關，生成的內部微孔不完全一致。快速成型技術通過改變工藝方法製作仿生支架，難以獲得任意形狀、任意空間結構的內部微孔。

發明內容
本發明的目的在於提供一種具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法，從而可以利用計算機軟體，直接構造具有內部微孔和外部特徵的仿生支架，克服上述現有方法中仿生支架內部微孔製作過程中的孔隙難以控制，需要附加材料以及製作過程複雜的缺點。
為達到上述目的，本發明採用如下技術構思利用CAD軟體分別直接構造仿生支架的內部微孔和外形輪廓，運用布爾運算獲得帶有微孔結構及外形特徵的CAD模型，從而根據CAD模型能夠直接生成帶有內部微孔的仿生支架。
根據上述技術構思，本發明採用下述技術方案一種具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法，直接利用CAD軟體建立模型，其特徵在於，建立模型的步驟如下a.利用三維CAD軟體做出微結構的單元模型；b.輸入相鄰單元模型之間的距離值，連接成平面內的微單元結構；c.由多個單元模型在空間相互排列成反映仿生支架內部微孔特徵的空間結構，構成實際仿生支架內部微孔結構的負型；d.輸入用戶提供的反映仿生支架外型特徵的仿生支架CAD模型；e.對上述負型的CAD模型和仿生支架的CAD模型進行布爾運算，獲得具有內部微孔的仿生支架CAD模型。
上述的單元模型為球形，其直徑為100-350μm，相鄰連接的單元模型之間的距離為100-250μm。
本發明在計算機上的具體操作步驟如下a.打開CAD軟體Unigraphics NX2.0，選擇File|New菜單，新建一個文件。
b.選擇Application---Modeling菜單，選擇Insert---Formfeature---sphere，輸入球直徑和中心點，做出微結構的單元模型。模型的形狀可以根據情況選擇球形，尺寸為100～350um。
c.選擇Edit-Transform，選擇做好的球單元，進入retangular array命令，根據單元間的距離要求輸入適當的值其距離為100～250um，做出XY平面內的微單元結構。
d.選擇Edit-Transform，選擇所有做好的球單元，進入translate---delta---設定合適的dzc值，選擇copy，單元構成空間結構，這種空間結構為實際仿生支架內部微孔結構的負型。
e.通過Export|Rapid-Prototyping導出STL格式文件。
f.打開軟體Magics7.1，選擇Open菜單，打開上一步做出的STL文件。
g.得到用戶提供的STL文件格式的反映外形特徵的實體文件，並存入磁碟。
h.選擇File|Load part菜單命令載入用戶提供的實體文件，再通過Edit|pick and place菜單移動實體，使兩部分實體相互重合。
i.應用Tools|Boolean菜單進行布爾運算。
j.通過File|Save Part As導出最後的STL格式文件。
本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優點；本發明利用CAD軟體分別直接構造仿生支架的內部微孔和外形輪廓，運用布爾運算獲得帶有微孔結構及外形特徵的CAD模型。從而根據CAD模型，能夠直接生成帶有內部微孔的仿生支架。用此方法製作支架，在保證外形特徵的基礎上，可以獲得任意形狀、尺寸空間排列的內部微孔結構，而且可以完全保證內部微孔的連通性。同時，CAD模型的數據準備是通過CAD軟體獲得的，製作簡單，不需要專門的設備以及為生成內部微孔所需的致孔劑等附加材料。


圖1是生成內部微孔仿生支架的流程框圖。
圖2是通過CAD軟體構造的反映內部微孔特徵的單元模型。
圖3是單元模型的結合方法。
圖4是多個單元在空間相互排列，構成仿生內部微孔的空間結構。
圖5是反映外部結構特徵的CAD模型。
圖6是將圖4所示的內部微孔結構CAD模型與圖5所示的外部結構特徵CAD模型進行布爾運算後獲得的CAD模型結構。
圖7是實施例的內部微孔結構的單元模型。
圖8是實施例的單元模型相結合。
圖9是實施例的多個單元在空間相互排列，構成仿生內部微孔的空間結構。
圖10是實施例的反映內部結構特徵的CAD模型和裝載的耳朵模型。
圖11是將內部微孔結構CAD模型與耳朵模型進行布爾運算後獲得的CAD模型結構。
具體實施方法本發明的一個實施例是具有內部微孔的仿生耳朵計算機模型的建立方法。參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本仿生耳朵計算機模型的建立方法是利用三維CAD軟體分別生成符合要求的具有一定形狀和尺寸的內部微孔單元模型，並將內部微孔單元模型在空間按照一定的順序排列，構成空間實體模型，內部模型表徵支架的內部微孔的個體特徵和空間排列特徵，這一模型作為實際仿生支架內部微孔結構的負型。仿生支架的外部模型表徵了支架的外形特徵和尺寸值，將內部模型和外部模型進行布爾運算，獲得具有兩個模型特徵的支架結構，一方面保留外部輪廓模型的外形特徵，同時，在模型內部形成與內部實體模型相同的微孔。
本實施例是根據耳朵的實體模型，通過處理獲得具有內部微孔結構的CAD模型，參見圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11，在計算機上操作程序如下(1)打開CAD軟體Unigraphics NX2.0，選擇File|New菜單，新建一個文件；(2)選擇Application---Modeling菜單，選擇Insert---Formfeature---sphere，輸入球直徑(尺寸為200um)和中心點，做出微結構的單元模型；(3)選擇Edit—Transform，選擇做好的球單元，進入retangular array命令，根據單元間的距離要求輸入適當的值其距離為50um，做出XY平面內的微單元結構；(4)選擇Edit—Transform，選擇所有做好的球單元，進入translate---delta---設定合適的dzc值，選擇copy，單元構成空間結構，這種空間結構為實際仿生支架內部微孔結構的負型；(5)通過Export|Rapid-Prototyping導出STL格式文件；(6)打開軟體Magics7.1，選擇Open菜單，打開上一步做出的STL文件；(7)得到用戶提供的STL文件格式的反映耳朵外形特徵的實體文件，並存入磁碟；(8)選擇File|Load part菜單命令載入耳朵的實體文件，再通過Edit|pickand place菜單移動實體，使兩部分實體相互重合；(9)應用Tools|Boolean菜單進行布爾運算；(10)過File|Save Part As導出最後的STL格式文件。
權利要求
1.一種具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法，直接利用CAD軟體建立模型，其特徵在於，建立模型的步驟如下a.利用三維CAD軟體做出微結構的單元模型；b.輸入相鄰單元模型之間的距離值，連接成平面內的微單元結構；c.由多個單元模型在空間相互排列成反映仿生支架內部微孔特徵的空間結構，構成實際仿生支架內部微孔結構的負型；d.輸入用戶提供的反映仿生支架外型特徵的仿生支架CAD模型；e.對上述負型的CAD模型和仿生支架的CAD模型進行布爾運算，獲得具有內部微孔的仿生支架CAD模型。
2.根據權利要求1所述的具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法，其特徵在於，單元模型為球形，其直徑為100-350μm，相鄰連接的單元模型之間的距離為100-250μm。
3.根據權利要求2所述的具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法，其特徵在於，在計算機上的操作程序如下a.打開CAD軟體Unigraphics NX2.0，選擇File|New菜單，新建一個文件。b.選擇Application---Modeling菜單，選擇Insert---Form feature---sphere，輸入球直徑和中心點，做出微結構的單元模型。模型的形狀可以根據情況選擇球形，尺寸為100～350um。c.選擇Edit-Transform，選擇做好的球單元，進入retangular array命令，根據單元間的距離要求輸入適當的值其距離為100～250um，做出XY平面內的微單元結構。d.選擇Edit-Transform，選擇所有做好的球單元，進入translate---delta---設定合適的dzc值，選擇copy，單元構成空間結構，這種空間結構為實際仿生支架內部微孔結構的負型。e.通過Export|Rapid-Prototyping導出STL格式文件。f.打開軟體Magics7.1，選擇Open菜單，打開上一步作出的STL文件。g.得到用戶提供的STL文件格式的反映外形特徵的實體文件，並存入磁碟。h.選擇File|Load part菜單命令載入用戶提供的實體文件，再通過Edit|pickand place菜單移動實體，使兩部分實體相互重合。i.應用Tools|Boolean菜單進行布爾運算。j.通過File|Save Part As導出最後的STL格式文件。
全文摘要
本發明涉及一種具有內部微孔的仿生支架計算機模型的建立方法。它直接利用CAD軟體建立模型，建立模型的步驟如下1.利用三維CAD軟體做出微結構的單元模型；2.輸入相鄰單元模型之間的距離值，連接成平面內的微單元結構；3.由多個單元模型在空間相互排列成反映仿生支架內部微孔特徵的空間結構，構成實際仿生支架內部微孔結構的負型；4.輸入用戶提供的反映仿生支架外型特徵的仿生支架CAD模型；5.對上述負型的CAD模型和仿生支架的CAD模型進行布爾運算，獲得具有內部微孔的仿生支架CAD模型。本發明提供的方法可以利用計算機軟體，直接製作具有內部微孔和外部特徵的仿生支架。
文檔編號G06F17/50GK1588378SQ200410053538
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月6日 優先權日2004年8月6日
發明者胡慶夕, 吳懋亮, 方明倫, 戴春祥, 史正升 申請人:上海大學