【医疗应用】增材制造仿真：一份关于最佳部件摆放和支撑设置的指南

本文摘要（由AI生成）：

本文分享了一个增材制造案例，聚焦于定制化颅颌面植入体的3D打印挑战。由于残余应力导致的“回弹效应”可能严重影响植入体的适配性。通过精确的仿真分析，我们研究了不同支撑设置对形变的影响，并确定了最小化形变的最佳设置。仿真结果与实际打印部件高度一致，证明了仿真在预测和优化增材制造过程中的价值，有助于工程师快速找到最优设计方案。

案例分享

增材制造最大的优势之一是实现部件的完全定制化。这项技术非常适合用于在诸如颌面外科等的医学领域，生产为患者定制化设计的植入体。这样的植入体具有最佳的尺寸、形状和机械性能。

定制化颅颌面植入体

3D打印颅颌面植入体的挑战

生产颅颌面植入体的过程充满挑战。如果不进行热处理，植入体在某些打印设置下会由于残余应力的影响，发生“回弹效应”。这种“回弹效应”会造成部件产生严重的形变，从而使植入体无法适配患者。回弹效应影响的大小取决于部件的摆放方式和支撑设置。然而，找到合适的设置是非常复杂且耗时的。

回弹效应

在这个案例中，我们研究了患者定制化颅颌面植入体的不同支撑设置方式，并确定了哪种设置方式产生的回弹效应最小，因而也最合适3D打印。我们通过精确校准的固有应变方法来确定去除支撑后部件的最终形变。我们还通过与打印完成的部件进行对比确认了仿真结果。

三分钟内对整个平台进行仿真

仿真是一种尽可能降低打印失败率的强大工具。它为重要区域的摆放和支撑提供了有价值的反馈。让我们看看仿真流程吧：

1、获得部件和支撑设置的形状

2、对部件进行体素化，并考虑支撑结构的边界条件

3、通过固有应变法逐层进行打印仿真

4、将体素仿真结果对应到部原始件

展示步骤2：3种不同部件摆放的体素化

我们决定专注于仿真速度，因此部件体素精度相对较低。我们的目标不是对每种设置的确切形变进行仿真，而是要定性地确定哪种设置的形变最小。只需3分钟，我们就对整个体素平台进行了仿真。

评估结果

移除支撑结构后的形变仿真

我们使用Magics仿真模块进行仿真并查看结果。选择性加载Magics中最相关的仿真数据的功能进一步改善了寻找最佳摆放角度的工作流。以下图片展示了三种不同的部件支撑设置和去除支撑结构后的颅颌面植入体形变的仿真结果。如您所见，中间那张图的部件支撑设置变形最小，它没有包含任何红色或黄色 区域。

为了进一步确认仿真结果，我们将仿真结果、打印完成的部件和原始设计进行了对比。如下图，仿真和打印结果具有相同的误差。上图的设置与原始设计的误差最大，中图的误差最小。