3D Scanning Cad/Cam in de Orthopedie Digital Orthopaedic engineering Fred Holtkamp Associate lector Orthopedische Technologie Fontys Paramedische Hogeschool 27-06-2009 FH

Wat is cad cam Wat heb je nodig Wat kan het (niet) Wat is er beschikbaar Waar gaan we heen! 27-06-2009 FH

Digital Orthopaedic Engineering I Cad Design Digital Orthopaedic Engineering I 27-06-2009 FH

Wat is Cad Cam Design en Manufacturing met behulp van soft- en hardware. Waarom? Sneller Goedkoper Eenduidig Reproduceerbaarheid 27-06-2009 FH

Een voorbeeld 27-06-2009 FH

De 3 elementen Het product Het begin Cam productie De simulatie 3D scannen Cad modelleren 27-06-2009 FH

CAD Modelleren. Aanpassen, corrigeren van digitale modellen. 27-06-2009 FH

CAD-Technieken Drie verschillende modeling technieken Surface modelling Solid modelling STL modelling 27-06-2009 FH

Surface modelling Methode: Punten => lijnen => vlakken Bijvoorbeeld: Rhino (www.rhino3d.nl) 27-06-2009 FH

Solid modelling Methode: Punten => lijnen => solids Bijvoorbeeld: Inventor (www.autodesk.com) 27-06-2009 FH

STL modelling Methode: 3 punten => driehoeken Bijvoorbeeld: Hexagon 27-06-2009 FH

Voorbeeld 1 27-06-2009 FH

Voorbeeld 2 27-06-2009 FH

STL modelling Hexagon (www.daz3d.com) 27-06-2009 FH

Praktijkcase Het modelleren van een EVO kan met behulp van goedkope software. Het handwerk wordt vertaald in beeldwerk. Een compleet andere denkwijze is onvermijdelijk. Vergaande automatisering is noodzakelijk. 27-06-2009 FH

Uitwerking case 27-06-2009 FH

Uitwerking case 27-06-2009 FH

Uitwerking case 27-06-2009 FH

Uitwerking case 27-06-2009 FH

Discussie Het modelleren van een EVO kan met behulp van goedkope software. Het handwerk wordt vertaald in beeldwerk. Een compleet andere denkwijze is onvermijdelijk. Vergaande automatisering is noodzakelijk. 27-06-2009 FH

Simulatie 3d FEM simulatie t.b.v. spanningsanalyse 27-06-2009 FH

Digital Orthopaedic Engineering II Cam Manufacturing Digital Orthopaedic Engineering II

Vormgeving Door materiaal toevoeging Door Materiaal afname LMT techniek Door Materiaal afname Frees of draaitechnologie 27-06-2009 FH

Introductie LMT LMT = Layer Manufacturing Technology Een reeks productietechnieken waarbij producten laag voor laag opgebouwd worden. Deze lagen bestaan uit vloeistof of poeder. 27-06-2009 FH

Staircasing LMT 27-06-2009 FH

Fused Depositioning Modeling Stratasys: Extrusie van gesmolten polymeer Materiaal: ABS, PC, PPSU Bouwvolume: 250x250x250 mm Snelheid: 1-150 mm/uur Laagdikte: 0.1778-0.254 mm Nauwkeurigheid: 0.2 mm 27-06-2009 FH

Printen in kleur 27-06-2009 FH

Micro-Stereolithography Envisiontec: Fotopolymerisatie op basis van DLP Materiaal: Acrylaat Bouwvolume: 50x40x250 mm Snelheid: 8-32 mm/uur Laagdikte: 0.025 – 0.100 mm Resolutie: 1280x1024 (pixelgrootte: 39μm) 27-06-2009 FH

3D metal printing Prometal: Materiaal: RVS, Aluminium, Brons Bouwvolume: 190x190x150 mm Snelheid: 2 mm/uur Laagdikte: 0,1 mm Nauwkeurigheid: 0,1 mm 27-06-2009 FH

3D metal printing 27-06-2009 FH

Selective Laser Sintering EOS GmbH: Selective Laser Sintering Materiaal: PA-12 Bouwvolume: 340x340x620 mm Snelheid: 10-25 mm/uur Laagdikte: 0,1-0,2 mm Nauwkeurigheid: 0,2 mm 27-06-2009 FH

SLS materiaal Anisotrope eigenschappen. Minimale dikte ivm laagopbouw. Nylon is een inert materiaal. Hechting coating op basis van micro-verankering. 27-06-2009 FH

een vormgevende productietechniek Kenmerken Geometrie vrijheid Redelijke materiaaleigenschappen Treksterkte Slagvastheid Produktkosten onafhankelijk van de complexiteit. Hoge graad van automatisering Integratie van ontwerp en productie proces But first i would like to tell you why we think Rapid Manufacturing is so interesting. First of all allmost any geometry is allowed, which makes integration of products and even completely new products possible, Second, there is the absence of tooling, which of course saves time and money. This makes production of even very small series feasible. Other advantages are the fact that cost is independant of complexity, a high grade of automisation and the integration of design and production. een vormgevende productietechniek 27-06-2009 FH

Vervolg case De geprinte onrthese afwerken met glasvezel. 27-06-2009 Opdracht 1: Zoek op Internet naar relevante informatie over deze scanners. Bepaal van deze scanners de snelheid en nauwkeurigheid. Opdracht 2: Geef een mening over de mate waarin een scanner geschikt is voor orthopedie. Opdracht 3: Installeer de demo-versie van Hexagon op je laptop. Deze software is te downloaden van: http://www.daz3d.com/i.x/support/downloads/-/?product=hexagon 27-06-2009 FH

Introductie verspanende technieken Freestechniek 27-06-2009 FH

3D Scanning Digital Orthopaedic Engineering III 27-06-2009 FH Digital Othopaedics Engineering 27-06-2009 FH

Wat is 3D scanning Eisen en wensen Wat is scannen Meetsystemen 27-06-2009 FH

Eisen en wensen Toepassingsgebied orthopedie Snel Nauwkeurigheid 0,5 mm Rondom Belast 27-06-2009 FH

Voorbeelden . 27-06-2009 FH

Voorbeelden scanners 27-06-2009 FH Enkele voorbeelden voor de orthopedie: Yeti van Vorum, onder andere in gebruik bij Wittekamp & Broos Omega als in gebruik bij Ossur. Infoot scanner van Shoemaster. Zie video: http://www.handyscan3d.com/en/in-action/ Een scanner dient altijd voorzien te zijn van geschikte software: Calibratie aansturing laser opslaan data (CCD) 27-06-2009 FH

Contact Meetbandje Meetpen 27-06-2009 FH Contact: meetband, taster Nadeel: vervormingen 27-06-2009 FH

Contactloos Laser Gestructureerd licht Allen werken op de driehoeksmethode. Er zijn verschillende meetsystemen ontwikkelt voor contactloos meten. Dit zijn slechts enkele voorbeelden. Een completer overzicht is te vinden op: http://www.opton.co.jp/techrep/md/md2/md2_1/mde2_1.html 27-06-2009 FH

Laserscanner Systeem bestaat uit een CMM en een laserscanner. Technische specificaties: Hymarc Afwijking 0,025 mm Resolutie 0.08mm Meetbereik 50 x 50 mm 8.000 punten/sec Bewegingsmechanisme nodig 27-06-2009 FH

Gestructureerd licht scanner Systeem is opgebouwd uit 2 digitale cameras, een beamer en software. Technische specificaties: Scansystem (www.scansystem.it) Afwijking 0.1mm. Resolutie 0.4 mm Meetbereik 400 x 300 mm 800.000 punten/20 sec 27-06-2009 FH

Driehoeksmethode 27-06-2009 FH Voor vrijwel alle meetsystemen geldt dat deze werken op basis van de driehoeksmethode. 27-06-2009 FH

Voorbeelden contactloos 3d scannen 27-06-2009 FH

Dataverwerking Diverse puntenwolken Uitfilteren fouten (speckle) Uitlijnen puntenwolken Datacompressie Exporteren Een mesh (STL-bestand) Maar naast de hard/software van de scanner is verwerkingssoftware nodig. Dit om de data te kunnen verwerken tot een goede mesh. Het beste is dat dit alles bij de scanner behoort, maar is niet altijd zo. 27-06-2009 FH

STL formaat Uitsluitend driehoeken Volledig sluitend / waterdicht Hoeken binnen verhouding Normaalvectoren uitwaards Voor het verdere proces dient de mesh aan deze voorwaarden te voldoen. Nadere detailinformatie is onder andere te vinden op: http://en.wikipedia.org/wiki/STL_%28file_format%29#The_Facet_Normal http://rpdrc.ic.polyu.edu.hk/old_files/stl_introduction.htm#specs 27-06-2009 FH

STL formaat 27-06-2009 FH 1 face orientation The facets define the surface of a 3-dimensional object. As such, each facet is part of the boundary between the interior and the exterior of the object. The orientation of the facets (which way is "out" and which way is "in") is specified redundantly in two ways which should be consistent. First, the direction of the normal is outward. Second, which is most commonly used now-a-day, list the facet vertexes in counter-clockwise order when looking at the object from the outside (right-hand rule). 2 vertex-to-vertex Each triangle must share two vertices with each of its adjacent triangles. In other words, a vertex of one triangle cannot lie on the side of another. Controle Because of the vertex-to-vertex rule, we know that a legal solid will have (3/2) edges for each face. This gives us three consistency rules against which to check: F must be even E must be a multiple of three 2*E must equal 3*F F, E, V, and B are the number of faces, edges, vertices, and separate solid bodies. 27-06-2009 FH

Voorbeeld STL Op deze sheets is de omzetting van een aantal puntenwolken in een mesh. Deze mesh kan ingelezen worden in een CAD-programma. Daar vind de modelleren plaats van de EVO. In de volgende les zal verder ingegaan worden op het modelleren. 27-06-2009 FH

Afsluitend 3D cad/cam: 3 elementen nodig Cad [design] (simulatie) Cam [manufacturing] 3D scanning [data aquisitie] Voordelen: snel, reproduceerbaar, dossievorming Nadeel: geen ”gevoel”, belasting, nog duur.. Een niet te stoppen ontwikkeling 27-06-2009 FH

Bronnen www.rhino3d.com www.vorum.com www.biosculptor.com www.josamerica.com www.hexagon.com www.wikipedia F. Holtkamp, Cad Cam in de orthopedie R. V. D. Burg TNO 27-06-2009 FH