基于有限元分析的3D打印脊柱侧弯矫形器局部优化设计

• 作者: 练伟 王华山 余嘉
• 来源期刊: 医用生物力学
• 学科: 医学
• 关键词: 脊柱侧凸 镂空设计 计算机辅助设计 3D打印
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 论著|Original Articles
• 页码范围: 855-861
• 页数: 7页
• 分类号: R318.01
• 语种: 中文
• DOI: 10.16156/j.1004-7220.2021.06.004

摘要

目的 对计算机辅助设计的3D打印脊柱侧弯矫形器进行优化设计,从而使其实现具有良好力学强度和模型轻量化等优点.方法 利用手持式三维扫描仪对志愿者躯干体廓进行扫描,构建志愿者体表模型;根据三点力原理、牵引及免荷原理,对志愿者体表模型进行修型,设计出压力区和释放区,初步设计出脊柱侧弯矫形器模型;采用正交试验方法对32种不同尺寸的镂空组合进行局部优化对比研究,根据优化结果,对脊柱侧弯矫形器模型进行镂空处理和生物力学分析,对比镂空设计的3D打印脊柱侧弯矫形器的应力分布,验证矫形器模型的优化效果.结果 采用半径为9 mm的圆孔和间距23 mm的局部镂空优化设计(局部减重约40％),可得到质量更轻、透气性更好和足够强度的3D打印脊柱侧弯矫形器.结论 基于有限元生物力学分析,采用非压力区域的局部圆孔镂空优化设计,可以实现3D打印脊柱侧弯矫形器的打印材料减少、透气性增加等优点,最终可提高患者的穿戴舒适度和依从性.