基于逆向工程的牙齿修复及快速成形

摘要

快速成形技术正以一股不可阻挡之势，广泛且深远地应用于医学等领域，它是集ICT扫描、逆向工程等技术于一体的新方向。在工业CT扫描技术与基于逆向工程建模技术辅助之下，获得诸如人体器官复杂件的三维数据，再借助快速成形技术，加工出符合相关要求的成形件。故而对于传统的医疗诊断、人体器官组织的复制，皆会因此而有着不可估量的市场价值。
　　本文是针对牙齿模型的点云数据的获取、三维模型的曲面重构、以及快速成形技术的研究。借助工业CT对牙齿的咬模进行扫描，将得到的牙模三维数据进行拼接，为逆向工程三维模型的重建打下基础。本文研究所涉及的主要工作如下所述:
　　1.借助工业CT的手段对牙齿的咬模进行扫描，经过设备上自动拼接与边缘轮廓优化的处理后得到牙模的三维数据模型，将该数据模型以逆向软件可以识别的文件格式进行输出保存，为接下来基于逆向工程牙模的曲面重构作好准备。
　　2.针对于本文要研究的牙模，因其模型曲面相当复杂，故而在基于Bezier曲线/曲面算法的基础上，采取了一种名为NURBS曲线/曲面的全新算法，辅以逆向工程软件Geomagic对上述的牙齿三维数据进行了简化多边形与参数化曲面处理，得到了优化后的牙齿三维模型，并以STL文件格式进行输出保存。
　　3.针对基于FDM熔融沉积原理的成形方法，分析了设备本身、前处理、加工成形与后处理的过程中各种因素造成的误差，并对可能导致误差产生的原因进行分析，对不同的误差来源，提出了相应的优化方案，为牙齿能够更好地成形打下良好与坚实的基础。
　　4.将曲面重构完成后的牙齿三维模型输入到HTS200快速成形机的系统控制平台之中，最终完成了牙齿模型的加工成形，证明了将工业CT扫描技术、基于逆向工程的曲面重构技术以及快速成形技术这三种技术相结合思路的可行性与科学性，为后来学者研究相似的问题提供了指导和启发。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 逆向工程技术

1．1．1 逆向工程技术的概述

1．1．2 正逆向工程技术的对比

1．1．3 逆向工程技术的应用

1．1．4 数据获取

1．2 快速成形技术

1．2．1 快速成形技术的概述

1．2．2 快速成形技术的原理

1．2．3 快速成形技术的特点

1．2．4 快速成形技术的分类

1．2．5 快速成形技术的发展现状

1．2．6 快速成形技术的应用

1．3 课题研究目的与内容

第2章 CT扫描及曲面重构理论

2．1 引言

2．2 基于工业CT数据的采集

2．2．1 工业CT扫描的组成

2．2．2 工业CT的工作原理

2．2．3 工业CT扫描的扫描特点

2．2．4 工业CT扫描的设备

2．3 曲面重构的理论基础

2．3．1 Bezier曲线／曲面

2．3．2 NURBS曲线／曲面

2．4 Geomagic软件简介

2．5 本章小结

第3章 牙模的扫描与曲面重构

3．1 引言

3．2 牙模三维图像的扫描与拼接

3．3 牙模三维模型的简化多边形

3．3．1 牙模数据的分析

3．3．2 牙模的裁剪处理

3．3．3 牙模体外小组件的处理

3．3．4 牙模降噪与删除钉状物

3．3．5 牙模单个孔的填充

3．3．6 牙模边界线的松弛

3．3．7 牙模孔的填充以及简化多边形的完成

3．4 牙模的参数化曲面

3．4．1 牙模轮廓线的探测与提取

3．4．2 牙模边界的编辑

3．4．3 牙模的曲面拟合

3．4．4 牙模参数化曲面的完成

3．5 本章小结

第4章 牙齿的快速成形

4．1 引言

4．2 FDM快速成形系统工艺原理与构成

4．2．1 HTS-200快速成形机的介绍

4．2．2 快速成形机的技术参数

4．3 快速成形的工艺参数

4．3．1 成形材料的加热温度

4．3．2 喷嘴直径

4．3．3 厚层

4．3．4 零件填充路径的宽度和轮廓补偿值

4．4 快速成形的误差分析以及控制措施

4．4．1 前处理误差分析与优化

4．4．2 设备误差与优化

4．4．3 成形加工误差与优化

4．4．4 后处理产生的误差

4．5 牙模的快速成形

4．5．1 牙模成形参数的设定

4．5．2 牙模的加工成形

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢