面向生物高分子材料的四轴增材制造控制系统及切片软件开发

需求的背景和应用场景

在医疗领域，外固定肢具作为治疗骨折等骨骼损伤的重要辅助工具，其性能与舒适度直接影响着患者的康复效果与体验。传统石膏外固定肢具存在封闭性、笨重、不环保等显著缺点，难以满足现代医疗对于精准化、专业化及个性化的需求。随着新材料与3D打印技术的快速发展，生物高分子材料因其良好的生物相容性、可塑性和环保特性，逐渐成为制作骨科夹板的理想选择。通过扫描仪获取患者患处的三维数模，并结合3D打印技术，能够实现骨科夹板的个性化快速制造，从而大大提高肢具的贴肤性、轻盈性和便利性，符合数字化医疗的发展趋势，并有望引领外固定肢具市场的革新。

要解决的关键技术问题

1. 四轴增材制造控制系统的开发：

• 中央处理系统：需基于STM32F446ZET6控制芯片构建，该芯片具备强大的处理能力和丰富的外设接口，适合作为控制系统的核心。
• 温度与运动控制模块：需集成温度监测与调控功能，以及高精度的运动控制算法，确保打印过程中的稳定性和精度。
• 人机交互界面：需设计并连接彩色LCD触摸屏，实现直观的操作界面和便捷的用户交互。
• 指令识别与自动运行：系统应能识别并解析常见的增材制造运动控制指令，支持打印程序的自动运行，提高生产效率。

2. 医用骨科夹板四轴3D打印切片软件的开发：

• 基于OpenCASCADE内核：利用OpenCASCADE的几何处理能力，为切片软件提供强大的底层支持。
• 工艺参数配置：软件需允许用户根据实际需求输入丝径、喷嘴直径、层厚等关键工艺参数，并据此快速生成3轴或4轴的打印程序。
• ZIG-ZAG切片功能：实现STL片体的ZIG-ZAG切片，自动优化每层内的打印轨迹顺序，以最大限度地减少空走时间，提高打印效率。

效果要求

• 技术创新性：通过集成创新，开发出适用于生物高分子材料的四轴增材制造控制系统及切片软件，填补市场空白，提升我国在数字化医疗领域的自主创新能力。
• 生产效率与精度：实现骨科夹板的快速、精确、可靠制造，免支撑设计进一步简化制造流程，提高生产效率与产品精度。
• 用户体验：轻盈、贴肤、环保的骨科夹板将极大提升患者的佩戴舒适度与康复体验，满足个性化医疗需求。
• 市场竞争优势：该技术成果将推动外固定肢具市场的升级换代，为合作企业带来显著的市场竞争优势，引领行业向更高层次发展。