一种骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201410614942.9	申请日：	2014.11.05
公开号：	CN104331558A	公开日：	2015.02.04
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 17/50申请公布日:20150204\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20141105\|\|\|公开
IPC分类号：	G06F17/50	主分类号：	G06F17/50
申请人：	上海大学
发明人：	董洋洋; 林柳兰; 高海涛; 胡庆夕
地址：	200444上海市宝山区上大路99号
优先权：
专利代理机构：	上海上大专利事务所(普通合伙)31205	代理人：	陆聪明
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内容摘要

本发明涉及一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：1）设计特定结构骨组织支架负型零部件，2）骨组织支架负型零部件的参数提取，3）负型零部件的参数调用。对负型零部件的装配进行了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。本发明对骨组织工程支架负型进行参数化建模设计，简化了繁复的建模操作，且在整个设计过程中无需考虑公差及装配要求，实现了便捷的设计建模。只需执行参数输入，就可实现负型模型的输出，使不懂得建模类软件操作的人员也可实现建模工作。

权利要求书

权利要求书
1. 一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座（3）、左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）；其中左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）采用一致的设计，达到通用的效果；
2）骨组织支架负型零部件的参数提取：内嵌式圆形底座（3）控制参数的提取，内嵌式圆形底座（3）外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座（3）通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）通过R3、R4、H三个参数进行控制；
3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对应，从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。

2. 根据权利要求1所述的骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法，其特征在于，对负型零部件的装配进行了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。

说明书

说明书一种骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法
技术领域
本发明涉及一种骨组织工程支架负型参数化设计方法。
背景技术
由于先天性和外部创伤性原因，我国有大量骨缺损患者。因为大块骨缺损，靠自身能力无法完全修复，因此需要植入骨修复材料。而支架的负型决定支架的宏观外观，因此支架负型的设计就变得十分关键。对于不同结构及尺寸的支架需要设计出不同的支架负型，运用传统方法，在设计不同尺寸的骨支架负型时，必须按照设计所需要的参数进行类似的重复建模操作，且在设计过程中要反复考虑公差及装配要求，过程重复而繁杂，整个过程费时费力，因此目前的方法支架负型的设计工作量通常比较大。
本发明通过对负型零件进行参数提取、参数控制，并对装备过程中进行参数修正，实现对工程骨支架负型参数化设计，对骨支架负型进行参数化建模。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，以简化类似的重复建模操作，提高支架负型的设计效率。
为了达到上述目的，本发明包括三个部分：对于特定尺寸支架负型的设计与参数提取，不同尺寸支架负型参数化实现，以及装配过程参数修正，其构思是：首先设计出骨支架外形轮廓所对应的负型，按特定尺寸支架负型设计出模型并进行参数提取，之后对提取的控制负型结构的参数进行参数控制，实现骨组织工程支架负型参数化设计。最后，对负型装配体进行装配公差参数修正设计，以达到最终骨组织工程支架负型装配体的合理装配。
根据上述构思，本发明采用以下技术方案：
一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：
1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座、左半环形弧壁和右半环形弧壁；其中左半环形弧壁和右半环形弧壁采用一致的设计，达到通用的效果；
2）骨组织支架负型零部件的参数提取：内嵌式圆形底座控制参数的提取，内嵌式圆形底座外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧壁和右半环形弧壁控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形弧壁和右半环形弧壁通过R3、R4、H三个参数进行控制；
3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对应，从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。
对负型零部件的装配进行了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。在实际装配过程中，需要考虑公差问题。如果设计的弧壁和底座尺寸相等时，在装配环境中能装配好，并不产生干涉，但实际加工后的零件由于公差问题，将无法装配。同样，负型弧壁和负型底座的装配过程中，也涉及到装配公差的问题。在参数化建模过程中，可以将公差直接包含在设计过程中，只需输入直接的设计参数，同时不需要考虑装配公差，但在实际设计出的零件中，设计的尺寸已经将公差包含在内。
运用以上的参数化设计方法，在各类设计建模软件中运用宏功能，实现骨组织工程支架负型底座及弧壁的参数化设计，并实现对其调用，可新建一个工程骨支架负型的工具栏，将设计的负型底座和负型弧壁以命令条的状态予以调用，方便专业化的设计需求。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优势：
本发明对骨组织工程支架负型进行参数化建模设计，简化了繁复的建模操作，且在整个设计过程中无需考虑公差及装配要求，实现了便捷的设计建模。只需执行参数输入，就可实现负型模型的输出，使不懂得建模类软件操作的人员也可实现建模工作。本发明通过对不同参数负型底座与负型弧壁的整个设计流程的反复验证，结果显示，参数化设计建模方法可行且执行效率高，输出的模型可直接应用于结构分析以及实际生产应用。通过3D打印技术成形的负型结构优异，所设计的组合结构，易拆卸，方便循环使用，且满足精度和强度的要求。
附图说明
图1为骨支架负型参数化设计的实现流程图。
图2为骨支架负型结构图。
图3为内嵌式负型底座结构图。
图4为半环形弧壁结构图。
图5为装配好的支架负型装配体。
具体实施方式
以下通过具体实例来对本发明进行说明，结合附图详细说明如下：
如图1所示，一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：
1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：如图2所示，负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座3、左半环形弧壁1和右半环形弧壁2；其中左半环形弧壁1和右半环形弧壁2采用一致的设计，达到通用的效果；
2）骨组织支架负型零部件的参数提取：如图3和图4所示，内嵌式圆形底座3控制参数的提取，内嵌式圆形底座3外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座3通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧壁1和右半环形弧壁2控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形弧壁1和右半环形弧壁2通过R3、R4、H三个参数进行控制；
3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对应，从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。
如图5所示，在装配设计环境下，将设计好的内嵌式圆形底座3和左半环形弧壁1和右半环形弧壁2按照约束关系装备起来。在实际装配过程中，需要考虑公差问题，如果设计的弧壁和底座尺寸都为相同时，在装配环境中能装配好，并不产生干涉，但实际加工后的零件由于公差问题，将无法装配，因此在设计时需要考虑到装配公差问题。对内嵌式圆形底座3和左半环形弧壁1和右半环形弧壁2的装配过程进行装配参数修正，在参数化建模过程中，将公差直接包含在设计过程中，只需输入直接的设计参数，同时不需要考虑装配公差，在实际设计出的零件中，设计的尺寸已经将公差包含在内，使整个装配过程无需考虑公差问题。

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1、(10)申请公布号 CN 104331558 A(43)申请公布日 2015.02.04CN104331558A(21)申请号 201410614942.9(22)申请日 2014.11.05G06F 17/50(2006.01)(71)申请人上海大学地址 200444 上海市宝山区上大路99号(72)发明人董洋洋林柳兰高海涛胡庆夕(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙) 31205代理人陆聪明(54) 发明名称一种骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法(57) 摘要本发明涉及一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：1）设计特定结构骨组织支架负型零部件，2）骨组织支。

2、架负型零部件的参数提取，3）负型零部件的参数调用。对负型零部件的装配进行了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。本发明对骨组织工程支架负型进行参数化建模设计，简化了繁复的建模操作，且在整个设计过程中无需考虑公差及装配要求，实现了便捷的设计建模。只需执行参数输入，就可实现负型模型的输出，使不懂得建模类软件操作的人员也可实现建模工作。(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书3页附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页(10)申请公布号 CN 104331558 ACN 104331558 A1/1页21.一种骨组织工程支架负型参数。

3、化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座（3）、左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）；其中左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）采用一致的设计，达到通用的效果；2）骨组织支架负型零部件的参数提取：内嵌式圆形底座（3）控制参数的提取，内嵌式圆形底座（3）外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座（3）通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧壁（1）和右半环形弧壁（2）控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形。

4、弧壁（1）和右半环形弧壁（2）通过R3、R4、H三个参数进行控制；3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对应，从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。2.根据权利要求1所述的骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法，其特征在于，对负型零部件的装配进行了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。权利要求书C。

5、N 104331558 A1/3页3一种骨组织工程支架负型参数化设计的实现方法技术领域0001 本发明涉及一种骨组织工程支架负型参数化设计方法。背景技术0002 由于先天性和外部创伤性原因，我国有大量骨缺损患者。因为大块骨缺损，靠自身能力无法完全修复，因此需要植入骨修复材料。而支架的负型决定支架的宏观外观，因此支架负型的设计就变得十分关键。对于不同结构及尺寸的支架需要设计出不同的支架负型，运用传统方法，在设计不同尺寸的骨支架负型时，必须按照设计所需要的参数进行类似的重复建模操作，且在设计过程中要反复考虑公差及装配要求，过程重复而繁杂，整个过程费时费力，因此目前的方法支架负型的设计工作量通常比较。

6、大。0003 本发明通过对负型零件进行参数提取、参数控制，并对装备过程中进行参数修正，实现对工程骨支架负型参数化设计，对骨支架负型进行参数化建模。发明内容0004 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，以简化类似的重复建模操作，提高支架负型的设计效率。0005 为了达到上述目的，本发明包括三个部分：对于特定尺寸支架负型的设计与参数提取，不同尺寸支架负型参数化实现，以及装配过程参数修正，其构思是：首先设计出骨支架外形轮廓所对应的负型，按特定尺寸支架负型设计出模型并进行参数提取，之后对提取的控制负型结构的参数进行参数控制，实现骨组织工程支架负型参数化设计。。

7、最后，对负型装配体进行装配公差参数修正设计，以达到最终骨组织工程支架负型装配体的合理装配。0006 根据上述构思，本发明采用以下技术方案：一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座、左半环形弧壁和右半环形弧壁；其中左半环形弧壁和右半环形弧壁采用一致的设计，达到通用的效果；2）骨组织支架负型零部件的参数提取：内嵌式圆形底座控制参数的提取，内嵌式圆形底座外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧。

8、壁和右半环形弧壁控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形弧壁和右半环形弧壁通过R3、R4、H三个参数进行控制；3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对应，从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。说明书CN 104331558 A2/3页40007 对负型零部件的装配进行。

9、了参数修正，所输入的设计参数包含装配公差。在实际装配过程中，需要考虑公差问题。如果设计的弧壁和底座尺寸相等时，在装配环境中能装配好，并不产生干涉，但实际加工后的零件由于公差问题，将无法装配。同样，负型弧壁和负型底座的装配过程中，也涉及到装配公差的问题。在参数化建模过程中，可以将公差直接包含在设计过程中，只需输入直接的设计参数，同时不需要考虑装配公差，但在实际设计出的零件中，设计的尺寸已经将公差包含在内。0008 运用以上的参数化设计方法，在各类设计建模软件中运用宏功能，实现骨组织工程支架负型底座及弧壁的参数化设计，并实现对其调用，可新建一个工程骨支架负型的工具栏，将设计的负型底座和负型弧壁以命。

10、令条的状态予以调用，方便专业化的设计需求。0009 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优势：本发明对骨组织工程支架负型进行参数化建模设计，简化了繁复的建模操作，且在整个设计过程中无需考虑公差及装配要求，实现了便捷的设计建模。只需执行参数输入，就可实现负型模型的输出，使不懂得建模类软件操作的人员也可实现建模工作。本发明通过对不同参数负型底座与负型弧壁的整个设计流程的反复验证，结果显示，参数化设计建模方法可行且执行效率高，输出的模型可直接应用于结构分析以及实际生产应用。通过3D打印技术成形的负型结构优异，所设计的组合结构，易拆卸，方便循环使用，且满足精度和强度的要求。附图说明。

11、0010 图1为骨支架负型参数化设计的实现流程图。0011 图2为骨支架负型结构图。0012 图3为内嵌式负型底座结构图。0013 图4为半环形弧壁结构图。0014 图5为装配好的支架负型装配体。具体实施方式0015 以下通过具体实例来对本发明进行说明，结合附图详细说明如下：如图1所示，一种骨组织工程支架负型参数化设计方法，具体步骤如下：1）设计特定结构骨组织支架负型零部件：如图2所示，负型包括三个零部件，即内嵌式圆形底座3、左半环形弧壁1和右半环形弧壁2；其中左半环形弧壁1和右半环形弧壁2采用一致的设计，达到通用的效果；2）骨组织支架负型零部件的参数提取：如图3和图4所示，内嵌式圆形底座3控。

12、制参数的提取，内嵌式圆形底座3外形是半径为R1、高度为H1的圆柱体，去除半径为R2、高度为H2的圆柱体后所得的内嵌式圆形结构；内嵌式圆形底座3通过R1、H1、R2、H2四个参数进行控制；左半环形弧壁1和右半环形弧壁2控制参数提取，弧壁外形是外径为R3、内径为R4、高度为H的半环形柱，左半环形弧壁1和右半环形弧壁2通过R3、R4、H三个参数进行控制；3）负型零部件的参数调用：对步骤2）提取的参数进行参数调用操作，即将原设计控制负型结构及尺寸的参数用提取的变量参数R1、R2、H1、H2，R3、R4、H替换，使变量参数的值改变，负型的结构尺寸也将随之改变；之后，将人工输入的具体数值与各变量参数进行对。

13、应，说明书CN 104331558 A3/3页5从而使输入的数值能够调用设计的模型结构控制参数；最终，通过输入不同的数值得到不同的负型模型，实现负型零部件的参数化设计。0016 如图5所示，在装配设计环境下，将设计好的内嵌式圆形底座3和左半环形弧壁1和右半环形弧壁2按照约束关系装备起来。在实际装配过程中，需要考虑公差问题，如果设计的弧壁和底座尺寸都为相同时，在装配环境中能装配好，并不产生干涉，但实际加工后的零件由于公差问题，将无法装配，因此在设计时需要考虑到装配公差问题。对内嵌式圆形底座3和左半环形弧壁1和右半环形弧壁2的装配过程进行装配参数修正，在参数化建模过程中，将公差直接包含在设计过程中，只需输入直接的设计参数，同时不需要考虑装配公差，在实际设计出的零件中，设计的尺寸已经将公差包含在内，使整个装配过程无需考虑公差问题。说明书CN 104331558 A1/3页6图1图2说明书附图CN 104331558 A2/3页7图3图4说明书附图CN 104331558 A3/3页8图5说明书附图CN 104331558 A。

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