[发明专利]基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法

权利要求书

1.基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法,其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，扫描对象肢体得到数据；

步骤二，将步骤一得到的数据导入软件，进行图像分割和模型的三维构建得到肢体表面三维壳状模型；

步骤三，将步骤二得到的肢体表面三维壳状模型进行模型表面修饰处理，构造肢体外轮廓的曲面片，导入计算机辅助设计软件转化为壳状曲面模型；

步骤四，将上述步骤三壳状曲面模型导入有限元分析软件，定义限定参数，进行支具模型的网格划分，提交至有限元求解器求解，得到初始有限元分析结果；

步骤五，将上述步骤四得到的初始有限元分析结果导入拓扑优化软件，设定约束参数并基于敏感算法的优化设计迭代运算，得到设计结果；

步骤六，获得设计结果的STL模型，输出至设计软件中进行最终支具的重设计并得到优化设计后的支具模型，3D打印得到个性化外固定支具。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法,其特征在于，包括如下步骤具体为：

步骤一，扫描对象肢体表面得到点云数据或DICOM图像数据；

步骤二，将步骤一得到的点云数据或DICOM图像数据导入逆向工程设计软件或医学三维重建软件，进行图像分割和模型的三维构建得到肢体表面三维壳状模型；

步骤三，将步骤二得到的肢体表面三维壳状模型进行模型表面修饰处理，构造肢体外轮廓的NURBS曲面片，导入计算机辅助设计软件转化为壳状曲面模型，存为IGS格式或者IGES格式；

步骤四，将上述步骤三壳状曲面模型导入有限元分析软件，定义限定参数，进行支具模型的网格划分，提交至有限元求解器求解，得到初始有限元分析结果；

步骤五，将上述步骤四得到的初始有限元分析结果导入拓扑优化软件，设定约束参数并基于敏感算法的优化设计迭代运算，得到设计结果；

步骤六，获得设计结果的STL模型，输出至逆向工程/计算机辅助设计软件中进行最终支具的重设计并得到优化设计后的支具模型，将模型输出为通用的3D打印文件STL格式，导入3D打印成型设备打印成形，得到个性化外固定支具。

3.根据权利要求2所述的基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法，其特征在于：所述步骤五具体包括有，

步骤5.1将上述步骤四得到的初始有限元分析结果为起始值，进入步骤5.2；

步骤5.2将起始值导入拓扑优化软件，设定约束参数并基于敏感算法的优化设计迭代运算，读取有限元分析结果ODB文件；

步骤5.3调整密度分布重新计算设计响应，得到当前迭代运算值；

步骤5.4判断在当前迭代运算值下，是否满足应变能量小化目标和体积约束，如果是，则进入步骤5.6；如果否，则进入步骤5.5；

步骤5.5以当前迭代运算值作为起始值，返回步骤5.2；

步骤5.6将步骤5.4得到的迭代运算值为设计结果。

4.根据权利要求3所述的基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法，其特征在于：所述步骤一扫描对象肢体表面，通过三维激光扫描仪或者计算机断层成像设备，得到点云数据或DICOM图像数据格式。

5.根据权利要求4所述的基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法，其特征在于：所述步骤二中，扫描数据的处理在逆向工程软件和医学图像处理软件中完成，扫描数据的类型包括逆向扫描获得的点云数据和医学影像设备支持的DICOM格式数据。

6.根据权利要求5所述的基于拓扑优化的3D打印个性化外固定支具的轻量化方法，其特征在于：所述步骤三中，所进行的表面修饰处理为光顺化、去特征化、重画网格、删除钉状物或者补孔的至少一种。