一種骨組織工程支架負型參數化設計的實現方法
2023-08-03 00:53:01
一種骨組織工程支架負型參數化設計的實現方法
【專利摘要】本發明涉及一種骨組織工程支架負型參數化設計方法，具體步驟如下：1）設計特定結構骨組織支架負型零部件，2）骨組織支架負型零部件的參數提取，3）負型零部件的參數調用。對負型零部件的裝配進行了參數修正，所輸入的設計參數包含裝配公差。本發明對骨組織工程支架負型進行參數化建模設計，簡化了繁複的建模操作，且在整個設計過程中無需考慮公差及裝配要求，實現了便捷的設計建模。只需執行參數輸入，就可實現負型模型的輸出，使不懂得建模類軟體操作的人員也可實現建模工作。
【專利說明】一種骨組織工程支架負型參數化設計的實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種骨組織工程支架負型參數化設計方法。
【背景技術】
[0002]由於先天性和外部創傷性原因，我國有大量骨缺損患者。因為大塊骨缺損，靠自身能力無法完全修復，因此需要植入骨修復材料。而支架的負型決定支架的宏觀外觀，因此支架負型的設計就變得十分關鍵。對於不同結構及尺寸的支架需要設計出不同的支架負型，運用傳統方法，在設計不同尺寸的骨支架負型時，必須按照設計所需要的參數進行類似的重複建模操作，且在設計過程中要反覆考慮公差及裝配要求，過程重複而繁雜，整個過程費時費力，因此目前的方法支架負型的設計工作量通常比較大。
[0003]本發明通過對負型零件進行參數提取、參數控制，並對裝備過程中進行參數修正，實現對工程骨支架負型參數化設計，對骨支架負型進行參數化建模。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種骨組織工程支架負型參數化設計方法，以簡化類似的重複建模操作，提高支架負型的設計效率。
[0005]為了達到上述目的，本發明包括三個部分:對於特定尺寸支架負型的設計與參數提取，不同尺寸支架負型參數化實現，以及裝配過程參數修正，其構思是:首先設計出骨支架外形輪廓所對應的負型，按特定尺寸支架負型設計出模型並進行參數提取，之後對提取的控制負型結構的參數進行參數控制，實現骨組織工程支架負型參數化設計。最後，對負型裝配體進行裝配公差參數修正設計，以達到最終骨組織工程支架負型裝配體的合理裝配。
[0006]根據上述構思，本發明採用以下技術方案:
一種骨組織工程支架負型參數化設計方法，具體步驟如下:
1)設計特定結構骨組織支架負型零部件:負型包括三個零部件，即內嵌式圓形底座、左半環形弧壁和右半環形弧壁；其中左半環形弧壁和右半環形弧壁採用一致的設計，達到通用的效果；
2)骨組織支架負型零部件的參數提取:內嵌式圓形底座控制參數的提取，內嵌式圓形底座外形是半徑為R1、高度為Hl的圓柱體，去除半徑為R2、高度為H2的圓柱體後所得的內嵌式圓形結構；內嵌式圓形底座通過R1、H1、R2、H2四個參數進行控制；左半環形弧壁和右半環形弧壁控制參數提取，弧壁外形是外徑為R3、內徑為R4、高度為H的半環形柱，左半環形弧壁和右半環形弧壁通過R3、R4、H三個參數進行控制；
3)負型零部件的參數調用:對步驟2)提取的參數進行參數調用操作，即將原設計控制負型結構及尺寸的參數用提取的變量參數Rl、R2、Hl、H2，R3、R4、H替換，使變量參數的值改變，負型的結構尺寸也將隨之改變；之後，將人工輸入的具體數值與各變量參數進行對應，從而使輸入的數值能夠調用設計的模型結構控制參數；最終，通過輸入不同的數值得到不同的負型模型，實現負型零部件的參數化設計。
[0007]對負型零部件的裝配進行了參數修正，所輸入的設計參數包含裝配公差。在實際裝配過程中，需要考慮公差問題。如果設計的弧壁和底座尺寸相等時，在裝配環境中能裝配好，並不產生幹涉，但實際加工後的零件由於公差問題，將無法裝配。同樣，負型弧壁和負型底座的裝配過程中，也涉及到裝配公差的問題。在參數化建模過程中，可以將公差直接包含在設計過程中，只需輸入直接的設計參數，同時不需要考慮裝配公差，但在實際設計出的零件中，設計的尺寸已經將公差包含在內。
[0008]運用以上的參數化設計方法，在各類設計建模軟體中運用宏功能，實現骨組織工程支架負型底座及弧壁的參數化設計，並實現對其調用，可新建一個工程骨支架負型的工具欄，將設計的負型底座和負型弧壁以命令條的狀態予以調用，方便專業化的設計需求。
[0009]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優勢:
本發明對骨組織工程支架負型進行參數化建模設計，簡化了繁複的建模操作，且在整個設計過程中無需考慮公差及裝配要求，實現了便捷的設計建模。只需執行參數輸入，就可實現負型模型的輸出，使不懂得建模類軟體操作的人員也可實現建模工作。本發明通過對不同參數負型底座與負型弧壁的整個設計流程的反覆驗證，結果顯示，參數化設計建模方法可行且執行效率高，輸出的模型可直接應用於結構分析以及實際生產應用。通過3D列印技術成形的負型結構優異，所設計的組合結構，易拆卸，方便循環使用，且滿足精度和強度的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為骨支架負型參數化設計的實現流程圖。
[0011]圖2為骨支架負型結構圖。
[0012]圖3為內嵌式負型底座結構圖。
[0013]圖4為半環形弧壁結構圖。
[0014]圖5為裝配好的支架負型裝配體。
【具體實施方式】
[0015]以下通過具體實例來對本發明進行說明，結合附圖詳細說明如下:
如圖1所示，一種骨組織工程支架負型參數化設計方法，具體步驟如下:
1)設計特定結構骨組織支架負型零部件:如圖2所示，負型包括三個零部件，即內嵌式圓形底座3、左半環形弧壁I和右半環形弧壁2 ;其中左半環形弧壁I和右半環形弧壁2採用一致的設計，達到通用的效果；
2)骨組織支架負型零部件的參數提取:如圖3和圖4所示，內嵌式圓形底座3控制參數的提取，內嵌式圓形底座3外形是半徑為R1、高度為Hl的圓柱體，去除半徑為R2、高度為H2的圓柱體後所得的內嵌式圓形結構；內嵌式圓形底座3通過R1、H1、R2、H2四個參數進行控制；左半環形弧壁I和右半環形弧壁2控制參數提取，弧壁外形是外徑為R3、內徑為R4、高度為H的半環形柱，左半環形弧壁I和右半環形弧壁2通過R3、R4、H三個參數進行控制；
3)負型零部件的參數調用:對步驟2)提取的參數進行參數調用操作，即將原設計控制負型結構及尺寸的參數用提取的變量參數Rl、R2、Hl、H2，R3、R4、H替換，使變量參數的值改變，負型的結構尺寸也將隨之改變；之後，將人工輸入的具體數值與各變量參數進行對應，從而使輸入的數值能夠調用設計的模型結構控制參數；最終，通過輸入不同的數值得到不同的負型模型，實現負型零部件的參數化設計。
[0016]如圖5所示，在裝配設計環境下，將設計好的內嵌式圓形底座3和左半環形弧壁I和右半環形弧壁2按照約束關係裝備起來。在實際裝配過程中，需要考慮公差問題，如果設計的弧壁和底座尺寸都為相同時，在裝配環境中能裝配好，並不產生幹涉，但實際加工後的零件由於公差問題，將無法裝配，因此在設計時需要考慮到裝配公差問題。對內嵌式圓形底座3和左半環形弧壁I和右半環形弧壁2的裝配過程進行裝配參數修正，在參數化建模過程中，將公差直接包含在設計過程中，只需輸入直接的設計參數，同時不需要考慮裝配公差，在實際設計出的零件中，設計的尺寸已經將公差包含在內，使整個裝配過程無需考慮公差問題。
【權利要求】
1.一種骨組織工程支架負型參數化設計方法，其特徵在於，具體步驟如下: 1)設計特定結構骨組織支架負型零部件:負型包括三個零部件，即內嵌式圓形底座(3)、左半環形弧壁(I)和右半環形弧壁(2);其中左半環形弧壁(I)和右半環形弧壁(2)採用一致的設計，達到通用的效果； 2)骨組織支架負型零部件的參數提取:內嵌式圓形底座(3)控制參數的提取，內嵌式圓形底座(3)外形是半徑為R1、高度為Hl的圓柱體，去除半徑為R2、高度為H2的圓柱體後所得的內嵌式圓形結構；內嵌式圓形底座(3)通過R1、H1、R2、H2四個參數進行控制；左半環形弧壁(I)和右半環形弧壁(2)控制參數提取，弧壁外形是外徑為R3、內徑為R4、高度為H的半環形柱，左半環形弧壁(I)和右半環形弧壁(2)通過R3、R4、H三個參數進行控制； 3)負型零部件的參數調用:對步驟2)提取的參數進行參數調用操作，即將原設計控制負型結構及尺寸的參數用提取的變量參數Rl、R2、Hl、H2，R3、R4、H替換，使變量參數的值改變，負型的結構尺寸也將隨之改變；之後，將人工輸入的具體數值與各變量參數進行對應，從而使輸入的數值能夠調用設計的模型結構控制參數；最終，通過輸入不同的數值得到不同的負型模型，實現負型零部件的參數化設計。
2.根據權利要求1所述的骨組織工程支架負型參數化設計的實現方法，其特徵在於，對負型零部件的裝配進行了參數修正，所輸入的設計參數包含裝配公差。
【文檔編號】G06F17/50GK104331558SQ201410614942
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】董洋洋, 林柳蘭, 高海濤, 胡慶夕 申請人:上海大學