专利名称：用sls选择性激光烧结制取四类骨质模型的方法
技术领域：
本发明涉及一种用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法。
背景技术：
在现有骨的分类当中，按骨密度可以分为四类。Dl类骨基本上都是由同类的密质骨组成，密度>850HU，根据其密度、硬度可以用橡木来代替；D2类骨是中心为密集排列的骨小梁2外周包含着一层厚的密质骨，密度70(T850HU，可以用白松木代替；D3类骨是中心为密集排列的骨小梁2外周包含着一层薄的密质骨，密度50(T700HU，可以用轻木代替；D4 类类骨的特点是中心为疏松排列的骨小梁2外周包含着一层薄的密质骨1，密度<500HU， 可以用聚苯乙烯泡沫代替。但是很难寻找到适合做骨模型的橡木、白松木和轻木这些木料， 而且不同产地的木质差异也比较大，造成用木料制成的四类骨质模型准确度低。另外，骨的力学性能与骨密度有很密切的关系，随着骨密度的减小，骨的力学性能也在不断降低，其性能的下降有的是非线性的。木料都是天然生成，无法人为控制木料的力学性能，所以采用木料来模拟四类骨质的力学模型精确性差。
发明内容
为克服现有的采用木料来模拟四类骨质无法精确地模拟骨质的力学模型的缺点， 本发明提供了一种能够精确地模拟四类骨质的力学模型的用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法。用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，包括以下步骤
1)、使用三维制图软件绘制待制备骨质的三维轮廓模型，将该三维轮廓模型输入激光烧结成型机中，成型机自动识别该三维轮廓模型对应的激光扫描层次和每个层次的激光扫描路径；
2)、初始化成型机参数，确定待制备骨质属于第几类骨质，根据骨质类型设定激光烧结成型机的激光功率，激光功率决定烧结成型的骨质模型的力学性能，骨质模型的力学性能包括骨的密度、弹性模量和机械性能；激光功率越大，产生的热量越高，烧结形成的模型密度越大；
3)、每个激光扫描层次中，激光束沿着该层次的激光扫描路径扫描铺层在工作台上的材料粉末，材料粉末均勻地铺层在工作台上；经激光扫描过的材料粉末被激光熔融并连接在一起，未被激光扫描过的材料粉末仍然呈松散状；
4)当前激光扫描层次完成时，判断当前激光扫描层次是否最后一个层次，若是，则完成烧结；若否，则进行下一层次的烧结，重复步骤3)。进一步，步骤2)中，若待制备骨质属于Dl类骨，则采用Dl激光功率烧结；
若待制备骨质属于D2类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D2外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D2内层激光功率烧结；若待制备骨质属于D3类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D3外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D3内层激光功率烧结；
若待制备骨质属于D4类骨，则采用D4激光功率烧结；
Dl激光功率3 D2外层激光功率烧结> D3外层激光功率烧结；且D2内层激光功率烧结> D3内层激光功率烧结> D4激光功率烧结。进一步，制备Dl类骨时，激光功率为12w ；制备D2类骨时，内部烧结的激光功率为 llw，外部烧结激光功率为12w;制备D3类骨时，内部烧结激光功率为10w，外部烧结的激光功率为Ilw;制备D4类骨时，激光功率为9w。进一步，成型机参数包括光斑直径、扫描层后、扫描速度和扫描间距，初始化参数为光斑直径0. 45mm,扫描层后0. Imm,扫描速度9. 53m/s,扫描间距0. 1mm。进一步，铺层在工作台上的材料粉末为尼龙粉末，材料粉末铺层于工作台的厚度为 0. Imm0本发明的技术构思是通过激光烧结成型制作四类骨质的力学模型，模拟骨质的密度、弹性模量和机械性能。从各类文献中，我们得出四类骨质的密度不同，其弹性模量等力学性能也不同。当为Dl类骨时，骨的弹性模量为>1258MPa ；为D2类骨时，骨的弹性模量为105(Tl258MPa ；为 D3类骨时，骨的弹性模量为77(Tl050MPa ；为D4类骨时，骨的弹性模量为<770MPa。为制造出与这四类骨质力学性能相符合的模型，采用SLS (选择性激光烧结技术)， 通过调节SLS的加工参数如激光功率、扫描速度等来控制模型内部的微观结构。控制SLS的激光功率在12W时，我们可得到Dl类骨，测得其成型件的密度为
695kg/m3,换算可得到其弹性模量为1278MPa，其值>1258MPa，满足Dl类骨的力学性质。控制SLS的激光功率在11W，我们可得到D2类骨的内层骨质，即骨小梁，测得其成型件的密度为650kg/m3,换算可得到其弹性模量为lllSMPa，在1050 1258MPa之间；控制SLS的激光功率在12W时，我们可得到D2类骨的外层骨质，即密质骨，测得其成型件的密度为695kg/m3,换算可得到其弹性模量为1278MPa，其值>1258MPa ；满足D2类骨的力学性质。控制SLS的激光功率在10W，我们可得到D3类骨的内层骨质(骨小梁)，测得其成型件的密度为583kg/m3 ,换算可得到其弹性模量为900MPa,在77(Tl050MPa之间；控制 SLS的激光功率在11W，我们可得到D3类骨的外层骨质(密骨质)，测得其成型件的密度为650kg/m3,换算可得到其弹性模量为1118MPa，在105(Tl258MPa之间；满足D3类骨的力
学性质。控制SLS的激光功率在9W时，我们可得到D4类骨，测得其成型件的密度为 532kg/m3,换算可得到其弹性模量为750MPa，其值<770MPa，满足D4类骨的力学性质。本发明具有无需寻找木料，且能够精确地模拟四类骨质的力学模型的优点。
图1是四类骨质的剖切面视图。图2是待模拟骨质的三维视图。
具体实施例方式结合附图，进一步说明本发明
用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，包括以下步骤
1)、使用三维制图软件绘制待制备骨质的三维轮廓模型，将该三维轮廓模型输入激光烧结成型机中，成型机自动识别该三维轮廓模型对应的激光扫描层次和每个层次的激光扫描路径；
2)、初始化成型机参数，确定待制备骨质属于第几类骨质，根据骨质类型设定激光烧结成型机的激光功率，激光功率决定烧结成型的骨质模型的力学性能，骨质模型的力学性能包括骨的密度、弹性模量和机械性能；激光功率越大，产生的热量越高，烧结形成的模型密度越大；
3)、每个激光扫描层次中，激光束沿着该层次的激光扫描路径扫描铺层在工作台上的材料粉末，材料粉末均勻地铺层在工作台上；经激光扫描过的材料粉末被激光熔融并连接在一起，未被激光扫描过的材料粉末仍然呈松散状；
4)当前激光扫描层次完成时，判断当前激光扫描层次是否最后一个层次，若是，则完成烧结；若否，则进行下一层次的烧结，重复步骤3)。步骤2)中，若待制备骨质属于Dl类骨，则采用Dl激光功率烧结；
若待制备骨质属于D2类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D2外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D2内层激光功率烧结；
若待制备骨质属于D3类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D3外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D3内层激光功率烧结；
若待制备骨质属于D4类骨，则采用D4激光功率烧结；
Dl激光功率3 D2外层激光功率烧结> D3外层激光功率烧结；且D2内层激光功率烧结> D3内层激光功率烧结> D4激光功率烧结。
制备Dl类骨时，激光功率为12w;制备D2类骨时，内部烧结的激光功率为llw，外部烧结激光功率为12w;制备D3类骨时，内部烧结激光功率为10w，外部烧结的激光功率为 Ilw ；制备D4类骨时，激光功率为9w。成型机参数包括光斑直径、扫描层后、扫描速度和扫描间距，初始化参数为光斑直径0. 45mm,扫描层后0. Imm,扫描速度9. 53m/s,扫描间距0. 1mm。铺层在工作台上的材料粉末为尼龙粉末，材料粉末铺层于工作台的厚度为0. Imm0本发明的技术构思是通过激光烧结成型制作四类骨质的力学模型，模拟骨质的密度、弹性模量和机械性能。从各类文献中，我们得出四类骨质的密度不同，其弹性模量等力学性能也不同。当为Dl类骨时，骨的弹性模量为>1258MPa ；为D2类骨时，骨的弹性模量为105(Tl258MPa ；为 D3类骨时，骨的弹性模量为77(Tl050MPa ；为D4类骨时，骨的弹性模量为<770MPa。为制造出与这四类骨质力学性能相符合的模型，采用SLS (选择性激光烧结技术)， 通过调节SLS的加工参数如激光功率、扫描速度等来控制模型内部的微观结构。控制SLS的激光功率在12W时，我们可得到Dl类骨，测得其成型件的密度为
695kg/m3,换算可得到其弹性模量为1278MPa，其值>1258MPa，满足Dl类骨的力学性质。控制SLS的激光功率在11W，我们可得到D2类骨的内层骨质，即骨小梁，测得其成型件的密度为650kg/m3,换算可得到其弹性模量为1118MPa，在105(Tl258MPa之间；控制SLS的激光功率在12W时，我们可得到D2类骨的外层骨质，即密质骨，测得其成型件的密度为695kg/m3,换算可得到其弹性模量为1278MPa，其值>1258MPa ；满足D2类骨的力学性质。控制SLS的激光功率在10W，我们可得到D3类骨的内层骨质(骨小梁)，测得其成型件的密度为583kg/rn3 ,换算可得到其弹性模量为900MPa，在77(Tl050MPa之间；控制 SLS的激光功率在11W，我们可得到D3类骨的外层骨质(密骨质)，测得其成型件的密度为 650kg/m3,换算可得到其弹性模量为1118MPa，在105(Tl258MPa之间；满足D3类骨的力学性质。控制SLS的激光功率在9W时，我们可得到D4类骨，测得其成型件的密度为 532kg/m3,换算可得到其弹性模量为750MPa，其值<770MPa，满足D4类骨的力学性质。 本发明具有无需寻找木料，且能够精确地模拟四类骨质的力学模型，制作方便的优点。 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，包括以下步骤1)、使用三维制图软件绘制待制备骨质的三维轮廓模型，将该三维轮廓模型输入激光烧结成型机中，成型机自动识别该三维轮廓模型对应的激光扫描层次和每个层次的激光扫描路径；2)、初始化成型机参数，确定待制备骨质属于第几类骨质，根据骨质类型设定激光烧结成型机的激光功率，激光功率决定烧结成型的骨质模型的力学性能，骨质模型的力学性能包括骨的密度、弹性模量和机械性能；激光功率越大，产生的热量越高，烧结形成的模型密度越大；3)、每个激光扫描层次中，激光束沿着该层次的激光扫描路径扫描铺层在工作台上的材料粉末，材料粉末均勻地铺层在工作台上；经激光扫描过的材料粉末被激光熔融并连接在一起，未被激光扫描过的材料粉末仍然呈松散状；4)当前激光扫描层次完成时，判断当前激光扫描层次是否最后一个层次，若是，则完成烧结；若否，则进行下一层次的烧结，重复步骤3)。
2.如权利要求1所述的用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，其特征在于步骤2)中，若待制备骨质属于Dl类骨，则采用Dl激光功率烧结；若待制备骨质属于D2类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D2外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D2内层激光功率烧结；若待制备骨质属于D3类骨，则与骨质轮廓外缘的距离小于或等于密质骨厚度的区域采用D3外层激光功率烧结，与骨质轮廓外缘的距离大于密质骨厚度的区域采用D3内层激光功率烧结；若待制备骨质属于D4类骨，则采用D4激光功率烧结；Dl激光功率3 D2外层激光功率烧结> D3外层激光功率烧结；且D2内层激光功率烧结> D3内层激光功率烧结> D4激光功率烧结。
3.如权利要求2所述的用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，其特征在于制备Dl类骨时，激光功率为12w ；制备D2类骨时，内部烧结的激光功率为llw，外部烧结激光功率为12w;制备D3类骨时，内部烧结激光功率为10w，外部烧结的激光功率为 Ilw ；制备D4类骨时，激光功率为9w。
4.如权利要求1所述的用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，其特征在于成型机参数包括光斑直径、扫描层后、扫描速度和扫描间距，初始化参数为光斑直径0. 45mm,扫描层后0. Imm,扫描速度9. 53m/s,扫描间距0. 1mm。
5.如权利要求1所述的用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，其特征在于铺层在工作台上的材料粉末为尼龙粉末，材料粉末铺层于工作台的厚度为0. 1mm。
全文摘要
用SLS选择性激光烧结制取四类骨质的力学模型的方法，包括以下步骤绘制待制备骨质的三维轮廓模型，成型机自动识别该三维轮廓模型对应的激光扫描层次和每个层次的激光扫描路径；初始化成型机参数，确定待制备骨质属于第几类骨质，根据骨质类型设定激光烧结成型机的激光功率；每个激光扫描层次中，激光束沿着该层次的激光扫描路径扫描铺层在工作台上的材料粉末；当前激光扫描层次完成时，判断当前激光扫描层次是否最后一个层次，若是，则完成烧结；若否，则进行下一层次的烧结。本发明具有无需寻找木料，且能够精确地模拟四类骨质的力学模型，制作方便的优点。
文档编号B22F3/105GK102407331SQ20111039133
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者泮海松, 游嘉, 董星涛 申请人:杭州六维齿科医疗技术有限公司