阅读说明：本技术 三维打印方法和部件 (Three-dimensional printing method and component ) 是由 G·哈蒙 S·黑兹尔 C·B·斯威尼 B·泰佩 于 2018-10-23 设计创作，主要内容包括：提供了一种用于假肢的假体窝。假体窝包括窝体和第一和第二结构构件。假体窝包括远端和与远端相对的顶部边缘。远端包括假体部件附接机构。顶部边缘包括内侧翅片、外侧翅片、后部边缘和前部边缘。第一和第二结构构件中的每一个构件都包括第一直线部分、第二直线部分和第一拱形部分。第一结构构件设置在窝体的内侧外表面上,第二结构构件设置在窝体的外侧外表面上。(A prosthetic socket for a prosthetic limb is provided. The prosthetic socket includes a socket body and first and second structural members. The prosthetic socket includes a distal end and a top edge opposite the distal end. The distal end includes a prosthetic component attachment mechanism. The top edge includes an inner fin, an outer fin, a rear edge, and a front edge. Each of the first and second structural members includes a first linear portion, a second linear portion, and a first arcuate portion. A first structural member is disposed on an inside outer surface of the socket body and a second structural member is disposed on an outside outer surface of the socket body.)

三维打印方法和部件

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月23日提交的序列号62/575,810的美国临时专利申请的权益，在此通过全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及三维零件的制造方法，尤其涉及三维打印方法和通过该制造方法生产的零件。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能或可能不构成现有技术。

假肢通常包括残肢窝和远端假体部件。假体窝是假体的一部分用于匹配地安装在残肢上，安全地贴合在残肢上并安装远端假体部件。如果假体窝不能合身地安装于残肢，患者的舒适性将不可避免地受到影响，因此导致假肢无法使用。

假体窝制造中的最新改进大大提高了窝安装到残肢的舒适性和合身性。然而，大多数改进是通过使用昂贵的材料和费时的制造技术需要很高的成本。例如，许多高质量的假体包括碳纤维，用来大大提高强度。碳纤维窝使用的制造技术包括：铸造残肢，从铸件制作模具，以及将碳纤维与环绕模具树脂结合。这种技术不仅费时，而且用于提供强度和韧性的材料也非常昂贵。该制造工艺的成本和复杂性使这种高质量的假体使许多可能受益于这种改进假体的患者无法轻易得到。

甚至最近，三维打印或增材打印技术已经发展为以低成本快速有效地提供非常精确的打印零件。假体窝的三维打印从残肢的尺寸扫描开始，然后转换为假体窝的CAD模型。CAD模型的“硬拷贝”由三维打印设备复制，并且与远端假体部件匹配，接近完美地与残肢匹配。然而窝的一个需求是舒适合身，另一需求是高强度。轻质热塑性零件的三维打印的当前状态无法提供在重型或中型应用中假体窝需要的高强度。此外，如果提供高强度的窝，窝的设计则需要较厚的材料，对于患者而言太重并且也不太舒适。因此，强度和重量之间需要权衡。最后，即使在轻型应用中，三维打印假体窝在使用中失效太快。因此，该技术无法提供尽可能大的好处。

尽管当前可行的假体制造技术提供了高质量的假肢，还是需要一种提供具有改善的强度、舒适度、成本和有效时间的假体窝的方法。

发明内容

本公开提供了一种用于假肢的假体窝，该假体窝包括窝体和第一结构构件。窝体包括远端和与远端相对的顶部边缘。该远端包括假体部件附接机构。第一结构构件包括第一直线部分、第二直线部分和第一拱形部分。第一结构构件设置在窝体的外表面上。

在本公开的一个示例中，第一结构构件的第一直线部分包括第一端，其固定到第一结构构件的第二直线部分的第二端。第一拱形部分的第三端固定到第一直线部分的第四端。第一拱形部分的第五端固定到第一结构构件的第二直线部分的第六端。

在本公开的另一示例中，该窝体还包括设置在窝体的顶部边缘上的内侧翅片。第一结构构件的第一拱形构件设置在窝体的顶部边缘的内侧翅片上。

在本公开的另一个示例中，该窝体还包括具有第三直线部分、第四直线部分和第二拱形部分的第二结构构件。第二结构构件设置在窝体的外侧外表面上。

在本公开的另一个示例中，第二结构构件的第三直线部分包括第七端，其固定到第二结构构件的第四直线部分的第八端。第二拱形部分的第九端固定到第三直线部分的第十端。第一拱形部分的第十一端固定到第二结构构件的第四直线部分的第十二端。

在本公开的另一个示例中，窝体还包括设置在窝体的顶部边缘上的外侧翅片。第二结构构件的第二拱形构件设置在窝体的顶部边缘的外侧翅片上。

在本公开的另一个示例中，窝体的第一横截面包括从约0.1mm至约20mm的第一壁厚。

在本公开的另一个示例中，第一结构构件的第二横截面包括从约0.25mm至约100mm的第二壁厚。

在本公开的另一实施例中，该窝体还包括后部边缘和前部边缘，该后部边缘设置在连接内侧翅片和外侧翅片的顶部边缘上，前部边缘设置在与后部边缘相对的连接内侧翅片和外侧翅片的顶部边缘上，并且后部边缘和前部边缘呈扇形。

在本公开的另一个示例中，该窝体还包括具有穿戴者的残肢的相反形状的内表面。

本公开还提供了一种制造用于穿戴者的假体窝的方法。该方法包括第一步骤：创建穿戴者的残肢表面的表面数据CAD模型。第二步骤：包括通过增加壁厚到表面数据CAD模型中，将表面数据CAD模型转换成窝体的体积数据CAD模型。第三步骤：包括增加内侧结构构件和外侧结构构件的体积数据CAD模型到窝体的体积数据CAD模型中，得到假体窝的体积数据CAD模型。第四步骤：包括转换假体窝的体积数据CAD模型为三维打印路径文件。第五步骤：包括使用三维打印机来打印三维打印路径文件。

在本公开的一个示例中，该方法的另一步骤包括增加远端的体积数据CAD模型到假体窝的体积数据CAD模型中。

通过参考以下描述和附图来更详细地解释本发明的其它示例和优点。

附图说明

本文描述的附图仅出于说明目的，并且无意以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本发明原理的用于假肢中的假体窝的侧视图；

图2是根据本发明原理的用于假肢中的假体窝的透视图；

图3是根据本发明原理的用于假肢中的假体窝的透视图；

图4是根据本发明原理，如图2所示的用于的假肢中的假体窝的正面剖视图；

图5是根据本发明原理，如图3所示的用于的假肢中的假体窝的俯视剖视图；

图6是根据本发明原理的假体窝的结构构件的正面视图；

图7是根据本发明原理的假体窝的结构构件的透视图；

图8是根据本发明原理的假体窝的结构构件的俯视图；和

图9是根据本发明原理的包含假体窝制造方法的步骤的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。

参考图1至图3，示出并且描述假肢的假体窝。总体上用参考数字10表示，假体窝10包括内侧翅片12、外侧翅片14(在图2中更清楚地显示)、后部边缘16、前部边缘18、窝主体20、远端22、内侧结构构件24、外侧结构构件26、内表面28和外表面30。更具体地，内侧翅片12、外侧翅片14、后部边缘16和前部边缘18结合以形成假体窝的圆周顶部边缘32。内侧翅片12和外侧翅片14的高度延伸超过具有凸形或扇形形状的后部边缘16和前部边缘18。内侧翅片12和外侧翅片14具有一个顶部边缘，其基本遵循半径R曲率。假体窝10的远端22包括附接机构25，其用于固定远端假体部件(未示出)到假体窝10。

假体窝10的内表面28的形状通常是患者残肢的相反形状。因此，内表面28可裁剪成残肢的形状。有几种方法可以使内表面28与特定患者的残肢匹配。本发明特别关注的一种方法是基于残肢的扫描来创建CAD模型。使用激光型扫描设备完成扫描，然而，本发明已经考虑了为测量物体而制造的其它类型的设备。一旦从残肢的扫描中产生CAD模型，从CAD模型就可产生内表面28。

关于假体窝10的外表面30的设计，两个主要的设计考虑是重量和强度。在大多数情况下，当考虑特定材料时，重量和强度之间存在反比关系。在将假体窝10的内表面28剪裁到残肢的形状时，外表面30的形状部分地基于内表面28的形状并且部分地基于施加到假体窝10的力量。通常，作用在假体窝10上的力量来源自两个：残肢和远端假体部件(未显示)。

如上所述，假体窝10还包括内侧结构构件24、外侧结构构件26。结构构件24和26由外表面30的凸起部分限定，该凸起部分具有独特形状的三角形32，其具有两个直线构件34和一个拱形构件36。内侧结构构件24的拱形构件36设置在假体窝10上，使得拱形构件36与内侧翅片12位于同一位置。同样地，外侧构件26的拱形构件36设置在假体窝10上，使得拱形构件36与外侧翅片14位于同一位置。结构构件24、26各自的两个直线构件34在拱形构件36的前端38和后端40与拱形构件36连接。

现在转到图4和图5，示出并描述图2和图3的假体窝10的横截面。如上所述，假体窝10的外表面30的设计基于最小化假牙窝10的重量，同时还满足特定的强度要求。为了使重量最小化，在内表面28和外表面30之间的不包括内侧和外侧结构构件24和26的区域中的壁厚T1在约0.1mm至约20mm的范围内。可选地，在内表面28和外表面30之间的结构构件24和26的壁厚T2在约0.25mm至约100mm的范围内。

现在参考图6至8，示出和描述了一个内侧和外侧结构构件24和26的示例。结构构件24和26包括一对直线构件或侧面34和拱形构件36。拱形构件36包括后端38和前端40。该对直线构件34分别包括远端42和近端44。将直线构件34的远端42固定地连接。将直线构件34中的一个的近端44固定地连接到拱形构件的后端38，并且将直线构件34中的另一个的近端固定地连接到拱形构件36的前端40。结构构件24和26的深度或厚度T2在约0.25mm至大约100mm的范围内。在本发明的一个示例中，结构构件24和26是连续的一件式构件。然而，其它示例也可以考虑，在不超出本发明的范围的情况下，结构构件24和26可为几个分开的构件。

现在转向图9，示出了制造前面描述的假体窝10的方法100的步骤流程图。该方法包括第一步骤102：制作与假肢匹配的患者残肢的表面CAD模型。该CAD模型可通过使用表面扫描工具创建，该表面扫描工具使用激光测量设备将残肢的表面转换为数字表面数据。第二步骤104：通过增加壁厚数据将表面数据CAD模型转换为体积模型。第三步骤106：通过在代表结构构件24和26的体积模型部分中增加额外壁厚来将内侧结构构件24和外侧结构构件26的缩放数字版本添加到该体积模型中。第四步骤108：检查生成的体积模型是否有空隙或其它不一致的地方。第五步骤110：将该体积模型转换为三维打印路径文件。第六步骤112：命令三维打印机使用三维打印路径文件来打印假体窝10。

本发明的说明本质上仅是示例性的，并且不脱离本公开主旨的变型应落入本发明的范围内。样的变型不应被视为背离本发明的精神和范围。