一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法技术方案

本发明专利技术公开一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法，其系统包括打印参数获取终端、打印数据处理终端、3D打印终端和远程控制终端；本发明专利技术通过采集待打印骨骼的三视图影像数据作为打印参数数据，并对打印参数数据进行包括格式标准化和异常清理的整理以及包括数据变换和数据规约的预处理，从而使采集的打印参数数据更为全面，且去除了数据冗杂和干扰，使数据更为精准，再通过对数据进行特征参数提取，并基于物体三视图的特征参数数据进行3D建模，再对3D模型进行优化，最后以优化模型为基础进行仿生骨实体的3D打印工作，从而使打印出的仿生骨实体精度更高，打印效率也更快，可以实现仿生骨实体的高效打印，便于推广应用。便于推广应用。便于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法。

技术介绍

[0002]3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件，该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
[0003]随着经济、科技及医学的不断发展，人均寿命不断提升，老龄性骨关节炎日益严重，同时，工业、交通、运动等意外事故也会造成一定的骨创伤，这些问题均影响人类的生命质量，仿生骨的植入或替换可大大减轻人们的疼痛，提高骨损伤患者的生活品质，目前研究及应用的仿生骨主要利用3D打印机根据患者骨骼的影像数据，将患者的骨骼模型按1:1的比例打印出来。
[0004]现有的仿生骨3D打印系统大都功能单一，对待打印骨骼结构数据的采集不够全面，且没有对采集的数据进行有效的预处理，导致采集的数据参数也不够精准，从而无法构建出高精准度的3D打印模型，进而导致仿生骨打印实体的精密度不够，不能满足实际应用要求，且整个3D建模打印过程流程繁琐，效率较低，无法实现高效打印，不便于广泛推广应用，因此，本专利技术提出一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种高精度仿生骨3D打印系统及其打印方法，解决现有的仿生骨3D打印系统打印出的仿生骨实体的精密度不够，以及打印效率较低的问题。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种高精度仿生骨3D打印系统，包括打印参数获取终端、打印数据处理终端、3D打印终端和远程控制终端，所述打印数据处理终端分别与打印参数获取终端以及3D打印终端无线连接，所述远程控制终端与3D打印终端无线连接，所述打印参数获取终端包括采集待打印骨骼影像数据作为打印参数数据的图像获取模块、用于对获取的打印参数数据进行整理的数据整理模块和用于传输打印参数数据至打印数据处理终端的第一数据传输模块；
[0007]所述打印数据处理终端包括用于对接收的打印参数数据进行预处理的数据预处理模块、用于对预处理后的数据进行特征提取的特征参数获取模块和用于将提取的特征参数传输至3D打印终端的第二数据传输模块；
[0008]所述3D打印终端包括用于建立并优化仿生骨3D模型的模型优化模块、用于打印仿生骨实体的3D打印模块、用于为用户提供人机交互功能的人机交互模块和用于与远程控制终端进行数据传输的第三数据传输模块。
[0009]进一步改进在于：所述图像获取模块包括用于采集患者骨骼的CT影像资料数据的数据采集单元和用于将采集的CT影像资料数据作为打印参数数据导出至数据整理模块的数据导出单元，所述患者骨骼的CT影像资料数据为骨骼的三视图CT图片。
[0010]进一步改进在于：所述数据整理模块包括用于对获取的打印参数数据进行格式标准化处理的标准化单元和用于清除标准化处理后的数据中的异常数据的异常清除单元，所述标准化单元基于MATLAB软件进行对数据进行格式标准化。
[0011]进一步改进在于：所述数据预处理模块包括用于对接收到的打印参数数据进行数据变换的数据变换单元和用于对数据变换后的打印参数数据进行数据归约处理的数据归约单元，所述数据变换单元通过平滑聚集、数据概化和规范化的方式将数据转换为适用于后续进行特征参数获取处理的形式，所述数据归约的具体方式为特征归约。
[0012]进一步改进在于：所述特征参数获取模块包括用于对预处理数据进行数据剖分的数据剖分单元、用于对剖分的数据进行特征标注的特征标注单元和用于对标注的特征参数进行提取的参数获取单元，所述数据剖分单元利用Delaunay剖分算法对预处理后的数据进行剖分处理，所述特征标注单元不同视角的图片数据进行特征标注，所述参数获取单元根据特征标注结果获取骨骼的特征参数。
[0013]进一步改进在于：所述模型优化模块包括用于建立仿生骨3D模型的3D模型构建单元、用于仿真模拟打印过程的打印模拟单元和用于对仿生骨3D模型进行优化的模型优化单元，所述3D模型构建单元根据获取的骨骼特征参数构建仿生骨3D模型，所述打印模拟单元根据仿生骨3D模型进行打印过程模拟，所述模型优化单元根据模拟结果对仿生骨3D模型进行包括数据平滑、补洞、切割和坐标校正处理在内的优化。
[0014]进一步改进在于：所述3D打印模块包括用于进行仿生骨实体3D打印的3D打印机和用于实时监控打印过程的监控单元，所述3D打印机利用适应性分层算法对仿生骨3D模型记性分层切片，并根据分层切片结果提供的G
‑
CODE信息完成打印进行仿生骨实体的3D打印，所述监控单元为高清摄像头。
[0015]进一步改进在于：所述人机交互模块包括用于显示系统控制参数的液晶显示器、用于输入系统控制参数的控制键盘和用于进行系统语音提示的语音播放器，所述远程控制终端包括智能移动手机和平板电脑，所述移动手机和平板电脑上均安装有用于控制3D打印终端的主机控制APP。
[0016]进一步改进在于：所述第一数据传输模块和第二数据传输模块均采用基于蓝牙或WiFi的近距离无线传输技术进行各终端之间的数据无线传输，所述第三数据传输模块采用基于GPRS无线通信或扩频微波通信的远距离无线传输技术进行数据无线传输。
[0017]一种高精度仿生骨3D打印方法，包括以下步骤：先利用打印参数获取终端对待打印骨骼的三视图CT影像数据进行采集并将采集到的三视图CT影像数据作为3D打印参数数据无线发送至打印数据处理终端，待打印数据处理终端接收到3D打印参数数据后，先对3D打印参数数据进行预处理，再对预处理后的3D打印参数数据进行特征参数提取，并将提取的特征参数发送至3D打印终端，待3D打印终端接收到提取的特征参数后，先根据接收到的
特征参数进行基于三视图数据的仿生骨3D建模并进行模型优化，再根据优化后的仿生骨3D模型利用3D打印机进行仿生骨实体的3D打印，打印完毕后即得到仿生骨成品。
[0018]本专利技术的有益效果为：本专利技术通过采集待打印骨骼的三视图影像数据作为打印参数数据，并对打印参数数据进行包括格式标准化和异常清理的整理以及包括数据变换和数据规约的预处理，从而使采集的打印参数数据更为全面，且去除了数据冗杂和干扰，使数据更为精准，再通过对数据进行特征参数提取，并基于物体三视图的特征参数数据进行3D建模，再对3D模型进行优化，最后以优化模型为基础进行仿生骨实体的3D打印工作，从而使打印出的仿生骨实体精度更高，打印效率也更快，可以实现仿生骨实体的高效打印，便于推广应用。
附图说明
[0019]为了更清除地说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度仿生骨3D打印系统，其特征在于：包括打印参数获取终端、打印数据处理终端、3D打印终端和远程控制终端，所述打印数据处理终端分别与打印参数获取终端以及3D打印终端无线连接，所述远程控制终端与3D打印终端无线连接，所述打印参数获取终端包括采集待打印骨骼影像数据作为打印参数数据的图像获取模块、用于对获取的打印参数数据进行整理的数据整理模块和用于传输打印参数数据至打印数据处理终端的第一数据传输模块；所述打印数据处理终端包括用于对接收的打印参数数据进行预处理的数据预处理模块、用于对预处理后的数据进行特征提取的特征参数获取模块和用于将提取的特征参数传输至3D打印终端的第二数据传输模块；所述3D打印终端包括用于建立并优化仿生骨3D模型的模型优化模块、用于打印仿生骨实体的3D打印模块、用于为用户提供人机交互功能的人机交互模块和用于与远程控制终端进行数据传输的第三数据传输模块。2.根据权利要求1所述的一种高精度仿生骨3D打印系统，其特征在于：所述图像获取模块包括用于采集患者骨骼的CT影像资料数据的数据采集单元和用于将采集的CT影像资料数据作为打印参数数据导出至数据整理模块的数据导出单元，所述患者骨骼的CT影像资料数据为骨骼的三视图CT图片。3.根据权利要求1所述的一种高精度仿生骨3D打印系统，其特征在于：所述数据整理模块包括用于对获取的打印参数数据进行格式标准化处理的标准化单元和用于清除标准化处理后的数据中的异常数据的异常清除单元，所述标准化单元基于MATLAB软件进行对数据进行格式标准化。4.根据权利要求1所述的一种高精度仿生骨3D打印系统，其特征在于：所述数据预处理模块包括用于对接收到的打印参数数据进行数据变换的数据变换单元和用于对数据变换后的打印参数数据进行数据归约处理的数据归约单元，所述数据变换单元通过平滑聚集、数据概化和规范化的方式将数据转换为适用于后续进行特征参数获取处理的形式，所述数据归约的具体方式为特征归约。5.根据权利要求1所述的一种高精度仿生骨3D打印系统，其特征在于：所述特征参数获取模块包括用于对预处理数据进行数据剖分的数据剖分单元、用于对剖分的数据进行特征标注的特征标注单元和用于对标注的特征参数进行提取的参数获取单元，所述数据剖分单元利用Delaunay剖分算法对预处理后的数据进行剖分处理，所述特征标注单元不同视角的图片数据进行特征标注，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉玺，李爱华，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：发明
国别省市：