[发明专利]用于3D打印应用中的质量控制的系统和方法

说明书

本公开提供了用于执行三维(3D)打印系统的质量控制评估的系统和方法。具体而言，本公开提供了用于3D打印系统的体模设计以及通过使用3D打印体模执行的3D打印系统的质量控制方法。

相关申请的交叉引用

本申请基于2015年11月29日提交的名为“用于3D打印应用中的质量控制的系统和方法”的美国临时专利申请号62/260,554，要求其优先权且通过引用将其整体结合于此。

关于联邦资助研究的说明

不适用。

背景技术

本公开大体涉及三维(3D)打印并且，更具体地涉及用于3D打印机的质量控制的系统和方法。

随着3D打印技术的进步，医疗领域已经开始尝试3D打印，为手术规划、手术引导、人体部件替换(包括新骨支架、手部替代物、甚至器官)制作解剖模型。为了可供人类应用，打印的部件必须具有高度的尺寸准确度。与其他制造设备一样，3D打印机可能随着时间的推移而脱离校准，导致打印不符合所需尺寸规范的部件。3D打印过程包含多个步骤，并且有几个可以影响部件生产的可能的错误来源。由于复杂部件的打印可能需要几个小时才能完成，因此减少不合格部件的数量非常重要。因此，质量控制(QC)是通常没有以系统和一致的方式应用于3D打印的有价值的概念。

发明内容

本公开提供了用于3D打印系统和3D打印工艺的质量控制的系统和方法。例如，提供了3D打印体模和使用3D打印体模进行质量控制过程的方法。通过使用体模，操作者能够测试输出的3D打印部件的几何准确度、分辨率和形状保真度。本文描述的规程允许操作者从扫描阶段到最终3D打印部件的检查识别3D打印过程中各个点处的潜在错误。

在一个方面，本公开提供了用于执行3D打印系统的质量控制评定的三维(3D)体模。体模包括由不透射线的材料形成的支撑基座，并且提供包括平面的至少一个表面。体模还包括从平面突出的多个正特征和嵌入基座部分的多个负特征。这些正特征和负特征可以共同包括几何对象和解剖对象。

在另一方面，本公开提供一种用于3D打印系统的质量控制的方法。该方法包括用扫描设备扫描3D参考体模，由此产生3D参考体模的一个或多个扫描图像。该方法还包括将一个或多个扫描图像输入建模软件，并在建模软件中生成3D参考体模的3D模型。该方法还包括在与建模软件通信的3D打印机上打印打印的3D体模。该方法还包括将打印的3D体模的至少一个几何特征的大小与对应于3D参考体模的至少一个几何特征的大小比较，并且在比较打印3D体模的至少一个几何特征和对应的3D参考体模的至少一个几何特征的大小时，确定3D打印系统的至少一个几何准确度、分辨率、和形状保真度。

在又一个方面，本公开提供了通过使用3D打印系统生产患者特定的体模的方法。该方法包括用扫描设备扫描患者身体的部位，由此生产患者的身体的部位的一个或多个图像，并且将一个或多个图像输入至建模软件。该方法还包括分割一个或多个图像以形成分割的图像集，从分割的图像集形成患者身体的部位的3D模型，并且利用3D打印机打印患者的身体的部位的打印的3D模型。该方法还包括用扫描设备扫描患者的身体的部位的打印的3D模型，由此产生打印的3D模型的一个或多个图像，在建模软件中将打印的3D模型的一个或多个图像记录到3D模型，并且逐点计算建模软件中的打印的3D模型的一个或多个图像与3D模型之间的几何差异。该方法还包括确定打印的3D模型的一个或多个图像与建模软件中的3D模型之间的计算的几何差异是否在预定的容差内。

本发明的先前以及其他方面和优点将从以下描述而显现。在该描述中，参考形成其一部分且作为说明示出本发明的优选实施例的附图。然而，这样的实施例不必要表示本发明的全部范围，并因此对权利要求和在本文中作出参考以用于解释本发明的范围。

附图说明

当考虑到以下的其详细描述时，本发明将会更好地被理解，并且除了上述阐述的那些之外的特征、方面和优点将变得显而易见。这样的详细描述参考了以下附图。