基于螺杆可重构模具的矫形器真空成型的关键技术和方法研究

矫形器是临床医疗上帮助病人康复、残疾人生活自理的重要工具。矫形器模具使用率低、制作周期长、污染严重。采用螺杆可重构模具生产矫形器能极大限度地降低矫形器制造成本、缩短制作周期和减少环境污染，对加快病人康复、提高残疾人和老年人生活质量有重要意义。本课题的研究目的是在前期研究的基础上，开创性地将螺杆可重构模具技术引入矫形器真空成型领域，重点研究用螺杆可重构模具取代石膏模具对人体矫形器真空成型的影响。开展人体部位几何形状快速重构、可重构模具数控生成、矫形器真空成型的优化研究。提出基于数字扫描、人体测量和计算机断层扫描（CT）和磁共振（MR）的人体部位快速曲面重构的新方法。结合逆向扫描数据和可重构模具特性，提出基于数控的螺杆模具的调整和加工的方法。构建特征库，建立人体部位几何特征与矫形器成型工艺、可重构模具配置和生成的关系模型，真正实现矫形器的无石膏、一模多用的数字化绿色制造。

国内外制造业正朝着小批量、多品种、零件形状复杂、加工精度高的方向发展。模具通常具有专业性，即一种零件对于一个模具。模具开发周期长，且价格非常昂贵。由于小批量生产而导致模具的低使用率已经造成产品设计、制造、销售、使用、维护与服务、报废和回收各个环节的严重浪费，对环境的危害极大。本项目采用前期开发的螺杆可重构成形技术，以大批量生产的单件生产成本生产个性化产品。重点研究用螺杆可重构模具代替传统石膏模具对人体矫形器真空成型的影响。具体研究内容包括：针对医院人体矫形器制造过程中的重复性高、专业性强、效率低等问题，提出了一种基于数字扫描、逆向工程、可重构模具、真空成型的矫形器制造系统，从人体特征提取、人体部位几何形状快速重构、真空成型优化，可重构模具数控生成，特征库构建等五个层次对可重构矫形器模具设计与制造进行全方面描述，结合可重构模具使能技术和支撑系统方面对矫形器可重构模具开展了系统建模。在可重构模具使能技术方面，重点攻关系统结构、数控调型原理和方法、台阶效应消失等关键问题，从时间维和空间维对矫形器模具自动生成进行定量分析。在支撑系统方面，基于人体足部模型的几何相似性，采用分块重构的策略对足部模型进行快速重构。构建动态知识库，存储优化加工参数，真空成型参数和材料参数，实现知识推理和重用。实现一种方便、快捷的面向矫形器批量定制的人体足部模型快速重构，降低矫形器模具制造对专业知识背景的要求和提高矫形器模具的利用效率，对实现矫形器的“绿色制造”具有重要意义。