[发明专利]一种柔性医用夹钳健壮性设计制造方法

说明书

本发明公开了一种柔性医用夹钳健壮性设计制造方法，包括如下步骤：第一步、使用软件实现柔性外科手术用夹钳形状的设计；第二步、利用3D打印技术，将第一步得到的建模文件进行3D打印制造。本发明所提供的一种柔性医用夹钳健壮性设计制造方法可以根据医生不同的手型和用力习惯自动化设计夹钳，实现了用户个性化的设计方式，并采用3D打印技术完成实物进行功能的检测。本发明设计出的医用柔性夹钳由一个单独的主体构成，极大的减小了夹钳的磨损并延长了医用夹钳的使用寿命。本发明不仅节省了材料的使用也减轻了夹钳的重量，使其在长时间的手术中能帮助医生极大的减轻手部负担。

技术领域

本发明属于医用设备制造技术领域，具体涉及一种柔性医用夹钳健壮性设计制造方法。

背景技术

传统的医用夹钳生产大多采用不锈钢为材料，利用了其耐空气和水等弱腐蚀介质，耐热，强度大等特点。材料特点决定了传统夹钳是刚性，也就是用铆钉连接，并由杠杆原理产生有规律的运动。这样的特性造成了医生使用的不便利，且也对病人产生伤害。并且其传统制作工艺复杂(锻压(使加热好的刚材呈现理想形状)，冲床(处理毛胚上多余的材料)，打磨，钻孔，淬火回火，抛光，组装)，人工投入大，且设计单一，难以实现每位医生所需要的个性化定制。

3D打印技术是快速成型技术的一种，也叫作增材制造。它是以数字模型为基础，用粉末状可粘合材料，通过逐层打印的方式来制造物体的技术。这种制造技术不再需要各类复杂的机械加工和劳动力投入，只需要使用计算机来设计所需的三维模型，以立刻光体文件(STL)或者虚拟现实建模语言(VRML)导入打印机，选择合适的材料，设置打印的温度，湿度，速度和压力等参数，便可通过3D打印机和最后的表面处理来生成所需的产品，极大的缩短了生产周期，精准至微米的误差也大大增加了生产的精度。

目前传统的医用夹钳制造成型时间较长，加工精度较低。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种能够快速成型，精度高的柔性医用夹钳健壮性设计制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种柔性医用夹钳健壮性设计制造方法，包括如下步骤：

S1、使用软件实现柔性外科手术用夹钳形状的设计；

S2、利用3D打印技术，将步骤S1得到的建模文件进行3D打印制造。

进一步地，所述步骤S1还包括以下步骤：

S11、定义材料的各项性质，然后编写拓扑优化程序；

S12、采集柔性夹钳的长宽高尺寸参数，确定柔性夹钳的大小，并将柔性夹钳的长宽高尺寸参数输入代码，输入的参数作为设计域；

S13、将步骤S12中的设计域通过有限元分析，得到整个设计域的有限元分析结果；

S14、柔性夹钳的结构为对称结构，确定柔性夹钳钳口部分和对称轴部分的单位格的位置和载荷的输入输出位置及大小，并输入相关向量；

S15、设置惩罚函数取最优解，将材料密度介于0到1之间的位置重新判断并定义为有材料或无材料；

S16、并利用OC(optimum criteria)算法对于设计域进行优化并画图；OC算法为：

S17、计算刚度矩阵：利用各向同性的六面体的刚度矩阵作为每个单元格的刚度矩阵，按照单元格的连接方式，将每个节点的刚度系数首位相加，得到适用于该定义域的全局刚度矩阵，将默认无材料部分的刚度系数定义为无限小，并输入刚度矩阵；

S18、计算设计域的位移矩阵：利用力等于刚度系数乘以形变量的关系：F＝K*x，通过步骤S17所计算得到的力的矩阵和刚度矩阵，计算得到相应的唯一矩阵；