[发明专利]一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法

摘要

基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法，涉及康复医疗领域。本改进的踝足矫形器的制作方法,主要包括以下步骤：(1)踝关节行走步态研究。(2)基于所述对踝关节行走步态的分析研究，建立踝足矫形器的初始三维模型。(3)对所述踝足矫形器的初始三维模型进行动力学分析。(4)对踝足矫形器的支柱部分进行拓扑优化。(5)对优化后的踝足矫形器进行几何重构。(6)对重构后的踝足矫形器模型进行瞬态动力学分析。(7)使用3D打印机对最终模型进行3D打印。该3D打印踝足矫形器质量轻便、透气性好，并且能起到助力的作用，具有良好的康复医疗作用。

主权项

1.一种基于3D打印技术的踝足矫形器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、踝关节行走步态研究1.1)分析踝关节生理结构，建立踝关节简化模型，将人体的足部分为三个主要部分，分别为胫骨、踝关节和足弓；1.2)了解踝关节行走步态周期特点，绘制出健康人体在自然条件下行走的踝关节力矩‑角度曲线；步骤2、基于所述对踝关节生理结构的分析，建立踝足矫形器的初始三维模型；初始三维模型的数据均来源于患者自身数据；步骤3、对所述踝足矫形器的初始三维模型进行动力学分析，主要分为受力分析和刚度分析两部分；步骤4、对所述踝足矫形器的初始三维模型的支柱部分进行拓扑优化，过程如下：4.1)在网格处理软件中切分踝足矫形器模型，分成脚底板、支柱和袖口三部分，然后对每一切分部分分别生成体网格,体网格的尺寸大小为2mm；4.2)创建材料和属性，并分配给模型的每一切分部分；3D打印选取的材料为尼龙，需要设置的材料参数分别为弹性模型、泊松比和密度，大小分别为1800Mpa、0.3和1200Kg/m^‑3；4.3)选择脚底板为约束面，施加约束；4.4)选择测试棒端面的最高点为施力点，施加集中力，大小为100N；4.5)定义模型支柱部分为拓扑优化设计变量；4.5)创建位移响应约束，大小为83mm；4.6)优化分析计算，查看结构变形与密度结果云图；步骤5、对优化后的初始三维模型进行几何重构；步骤6、在计算机中对重构后的踝足矫形器模型进行瞬态动力学分析,过程如下：6.1)添加资料库，选用的材料为尼龙材料，设置的材料参数与步骤4中设置的材料参数一致；6.2)划分网格，网格大小为1mm；6.3)施加约束和力，选择脚底板为约束面，选择测试棒端面的最高点为施力点，设置时间步；6.4)结果后处理，查看结果曲线；6.5)根据得到的位移曲线评价拓扑优化是否满足要求，即最大位移是否为83mm,如果满足要求，则进入步骤7；如果不满足，则返回步骤4重新进行拓扑优化，直到最终的矫形器满足设计要求；步骤7、利用打印仪对尼龙粉末进行粉末烧结，得到最终3D打印踝足矫形器实体装置。