基于熔融沉積3D打印人體器官模型技術(shù)的研究.pdf

1、3D打?。?D Printing）技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)便引起了眾多研究人員的關(guān)注。經(jīng)過(guò)近三十年的快速發(fā)展，該技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域中扮演著重要角色。熔融沉積（FDM）成型工藝因成型設(shè)備簡(jiǎn)單、成型速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)成為一種廣泛應(yīng)用的3D打印技術(shù)。
　　人體器官透明硅膠實(shí)物模型能夠幫助醫(yī)生研究手術(shù)方案，模擬手術(shù)過(guò)程，便于醫(yī)患溝通和學(xué)生技能實(shí)訓(xùn)。人體器官透明硅膠模型由硅膠模具翻制而成?；贔DM3D打印人體器官模型是制造硅膠模具的關(guān)鍵步驟，其直接

2、關(guān)系到透明硅膠模型的質(zhì)量。
　　基于FDM3D打印人體器官模型具有以下特點(diǎn)：①模型曲面復(fù)雜，逆向建模更易實(shí)現(xiàn)。②模型壁厚不均勻，厚壁實(shí)體中包圍著薄壁實(shí)體部分。③原型件表面階梯誤差會(huì)復(fù)制到硅膠模具中，因此對(duì)原型件表面粗糙度有較高要求。④為方便觀察器官模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將模型分成多部分分別制造，為保證硅膠模具的質(zhì)量，原型件的變形應(yīng)盡可能小。本文以心血管模型制造為研究對(duì)象，對(duì)基于FDM3D打印人體器官模型的共性問(wèn)題進(jìn)行了研究，為提高成型件的

3、質(zhì)量提供了重要參考。
　　考慮到人體器官模型曲面的復(fù)雜性，本文提出了基于三維激光掃描技術(shù)和逆向工程技術(shù)重建三維CAD模型的方法，并進(jìn)行模型STL格式轉(zhuǎn)化及切片處理；基于FDM工藝桌面級(jí)打印設(shè)備進(jìn)行模型制造，對(duì)原型件存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行了分析。
　　針對(duì)原型件表面臺(tái)階誤差的問(wèn)題，重點(diǎn)分析了分層厚度和成型方向?qū)υ图砻娲植诙鹊挠绊懀⒎謩e通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)影響因素進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示通過(guò)減小分層厚度和設(shè)置合理的成型方向均能有效減小表面

4、粗糙度值；分析了影響原型件薄壁實(shí)體成型的主要因素，通過(guò)安排正交試驗(yàn)對(duì)各因素的顯著性進(jìn)行了考察，并優(yōu)化了工藝參數(shù)配置，收到了良好效果。
　　FDM工藝原型件會(huì)因?yàn)槌尚筒牧系氖湛s變形而影響制造精度。本文分析了材料變溫收縮的機(jī)理，建立了材料收縮變形的熱載荷與機(jī)械載荷之間的力學(xué)模型，并提出基于有限元單元生死法對(duì)模型變形趨勢(shì)進(jìn)行模擬的方法；根據(jù)理論分析結(jié)果，從成型材料和成型工藝方面提出了改善原型件收縮變形的措施，改善制造后的模型在收縮變形方