[实用新型]一种基于多轴联动控制和机器视觉测量的3D打印系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于多轴联动控制和机器视觉测量的3D打印系统，属3D打印领域。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对医疗保健更加关注。然而因为一些疾病、交通事故等导致人体骨骼严重损伤，因为受技术水平的限制，现阶段难以修复，许多病人因此失去生活自理能力，这给病人及其家庭都带来了严重的影响。当前针对骨骼缺损这一问题的主要方法是依靠自体的组织移植、异体组织移植、使用替代材料修复等。目前这些方法均存在较大弊端，如两次手术、取骨量限制、传播疾病、成骨活性低下等。自体骨是从患者身体的其他部位，获取一些骨骼，然后用到需要的部位，这种方式存在取骨量有限，并且无法获得满足需求的形状等问题。大块骨缺损修复一直是临床骨科难题，组织工程学的发展为骨缺损修复提供了新思路，人工骨有望取代传统自体或同种异体骨，避免患者二次创伤。

人工骨支架材料及制备也成为了研究热点。如CN 105287055 A，名称为“一种3D打印个体化体外骨”的中国发明专利申请中，公开了一种3D打印个体化体外骨，其步骤在于：(1)收集患者身体部位的三维扫描信息数据，分析其结构特点；(2)将患者身体部位的三维扫描数据导入计算机，精确还原得到患者扫描部位的三维图像；(3)分析解剖上述三维图像，获得扫描部位的反向数据，重建得到其三维模型；(4)将三维模型存储或转化为格式文件；(5)将上述得到的功能缺失部位三维模型通过计算机参考人体大数据设计出相应的体外骨辅助装置三维模型；(6)将设计好的体外骨模型在检测软件的进行比对检测，对设计方案、模型进行完善与优化；(7)将上述设计出的体外骨辅助装置和患者身体部位三维模型运用计算机进行辅助动态模拟；(8)将上述三维模型保存为格式文件以用于传输，存储，浏览，检查，修改和加工生产；(9)3D打印体外骨辅助转置，快速实现实物模型。

再如授权公告号CN 103948456 B，名称为“自动化控制的转盘式气动多喷头生物3D打印成形系统及方法”的中国发明专利中，公开了一种自动化控制的转盘式气动多喷头生物3D打印成形系统，包括喷射装置、三维运动机构、成形台以及控制系统，所述的喷射装置采用转盘式多喷头喷射装置，设置在三维运动机构中Z1轴运动机构上而随Z1轴运动滑块上下滑动；所述的成形台安装在三维运动机构中X轴运动滑块上；所述的控制及数据处理系统是联接控制转盘式多喷头喷射装置和三维运动机构的电机。所述转盘式多喷头喷射装置包括控制转盘电机、横梁、电机轴、连接管、转盘、螺母、注射器活塞筒体、注射器针头、轴套、槽型光电开关和槽型光电开关遮挡物；所述横梁固定安装在Z1轴运动滑块上；所述控制转盘电机通过螺丝固定安装在横梁上，电机轴朝下；所述轴套是一个外螺纹套筒，电机轴与轴套一端螺纹连接；所述转盘中间有一个通孔，内圈为内螺纹，转盘与轴套另一端连接，为内外螺纹连接方式；控制转盘电机运行带动电机轴旋转，同时带动转盘旋转运动，即带动注射器活塞筒体和注射器针头旋转；所述转盘上方表面安装4个连接管，连接管周向均匀分布在转盘上，连接管上连接气管，有气泵提供气体；所述转盘下方加工4个内螺纹孔，所述螺母上部分外表面加工成外螺纹，螺母的上表面加工达成菱形凸台，能够装进注射器活塞筒体，注射器活塞筒体注入材料溶液，并一起与转盘内外螺纹连接，连接之间通过密封圈密封，以防漏气；通过气泵提供气体将注射器活塞筒体中的材料溶液从注射器针头中挤出；所述槽型光电开关固连在横梁下方，槽型光电开关遮挡物固连在转盘上表面，控制转盘电机运行转动后带动转盘旋转，即槽型光电开关遮挡物旋转碰到槽型光电开关的信号，停止转盘运动，即注射器针头到达指定的位置。

目前在用于制备人工骨的3D打印方法中，主要有光固成型法、分层实体制造法、熔融沉积制造法、选择性激光烧结法、喷墨堆积增材成型法。光固成型法所用材料是光敏树脂等，植入体内后其生物相容性和降解性都不好，甚至引起毒副反应。分层实体制造法在制备人工骨时，需要先将羟基磷灰石等材料制成可以卷曲的薄层状，然后由热压机构将一层层薄片粘结在一起，从材料学角度看，这种方法难以实现。熔融沉积制造法使用的打印材料需要经过抽丝处理，要有一定的强度，因此材料受到很大的限制，另外不易加工复杂的形状。选择性激光烧结法使用的激光系统价格非常昂贵，维护费用较高，导致加工成本较高，未被烧结的羟基磷灰石粉末难以去除。而喷墨堆积增材成型法可以直接将生物相溶水性溶液与羟基磷灰石粉末粘结起来，避免了上述方法对打印条件、温度环境的苛刻要求。