随着人口老龄化程度的加剧,各类生产事故、交通事故的频发以及日常生活中的诸多因素,我国残疾人口逐渐增多,我国社会对矫形器的需求程度也日益加深。矫形器作为一种辅助肢体康复的体外装置,在患者受损肢体的康复治疗以及回归社会方面都发挥着至关重要的作用,但目前我国矫形器的数量和质量与市场需求均存在一定差距,研究矫形器的数字化制造无论从更好地服务患者的目的出发,还是从挖掘矫形器的市场潜力、提高我国矫形器制造水平角度而言,都具有重要意义。基于3D打印的矫形器数字化制造研究主要包括三大任务:(1)矫形器的数字化建模;(2)矫形器的强度分析与结构优化;(3)矫形器的实物制作与评价。在矫形器的数字化建模方面,为解决这一问题,本文在完成采集前的准备工作后,利用三维激光扫描仪获取了患者腕部表面的面片数据,借助VXmodel数据处理软件对扫描数据中的异常面片,孔洞和冗余数据等进行了处理,在此基础上得到矫形器的初步数据模型。针对矫形器的初步模型,结合实际佩戴需要,为避免矫形器挤压尺骨或桡骨而产生疼痛,对模型进行整体向外的偏移和加厚处理。利用矩形域参数化曲面重构的方法,在Geomagic逆向软件的精确曲面功能中,依次提取模型轮廓线、划分曲面片和构造格栅后,重构出腕部矫形器的数字化实体模型。作为重要的辅助器具,矫形器的强度是影响矫形器质量的关键因素。本文在正常佩戴和尺骨附近区域受到突发集中载荷两种情况下对矫形器的强度进行分析,结果表明:在两种情况下,矫形器的最大应力均小于材料的许用应力,强度足够且变形量可忽略不计。在此基础上,对其他7组不同壁厚的矫形器在同等载荷和约束条件的情况下进行分析,根据其性能表现,结合生产效率、制造成本等诸多因素,最终确定4mm作为矫形器的最佳壁厚。为了优化腕部矫形器的结构,在满足强度的基础上,采用基于SIMP法的连续体拓扑优化模型,以最小应变能为目标函数,以不超过原模型体积的45%为约束条件,在ABAQUS中对矫形器的结构进行了优化。以优化结果作为结构设计的指导依据,在矫形器上开设若干通风孔。经验证,开孔后矫形器的强度仍满足要求,且在透气性、耗材和重量等方面更具优势。最后,采用选择性激光烧结技术完成了矫形器的实物制作。经过前处理,生成了可被成型机识别的专用数据文件,在成型阶段借助AFS-500选择性激光烧结成型机完成实物制作并对矫形器进行了后处理。最终结果表明:矫形器可以很好的与患者腕部相契合,佩戴效果良好。整个矫形器的制作耗时与成本较传统的石膏矫形器偏高,但该数字化制造方法适应性强,可用于人体髋部、肘部、颈部等诸多部位,具有一定的推广价值。图52幅,表3个,参考文献62篇