3D Scanning Cad/Cam in de Orthopedie

Presentatie over: "3D Scanning Cad/Cam in de Orthopedie"— Transcript van de presentatie:

1 3D Scanning Cad/Cam in de Orthopedie
Digital Orthopaedic engineering Fred Holtkamp Associate lector Orthopedische Technologie Fontys Paramedische Hogeschool FH

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

3 Digital Orthopaedic Engineering I
Cad Design Digital Orthopaedic Engineering I FH

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

5 Een voorbeeld FH

6 De 3 elementen Het product Het begin Cam productie De simulatie
3D scannen Cad modelleren FH

7 CAD Modelleren. Aanpassen, corrigeren van digitale modellen.
FH

8 CAD-Technieken Drie verschillende modeling technieken
Surface modelling Solid modelling STL modelling FH

9 Surface modelling Methode: Punten => lijnen => vlakken
Bijvoorbeeld: Rhino ( FH

10 Solid modelling Methode: Punten => lijnen => solids
Bijvoorbeeld: Inventor ( FH

11 STL modelling Methode: 3 punten => driehoeken Bijvoorbeeld: Hexagon
FH

12 Voorbeeld 1 FH

13 Voorbeeld 2 FH

14 STL modelling Hexagon ( FH

15 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. FH

16 Uitwerking case FH

17 Uitwerking case FH

18 Uitwerking case FH

19 Uitwerking case FH

20 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. FH

21 Simulatie 3d FEM simulatie t.b.v. spanningsanalyse FH

22 Digital Orthopaedic Engineering II
Cam Manufacturing Digital Orthopaedic Engineering II

23 Vormgeving Door materiaal toevoeging Door Materiaal afname
LMT techniek Door Materiaal afname Frees of draaitechnologie FH

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

25 Staircasing LMT FH

26 Fused Depositioning Modeling
Stratasys: Extrusie van gesmolten polymeer Materiaal: ABS, PC, PPSU Bouwvolume: 250x250x250 mm Snelheid: mm/uur Laagdikte: mm Nauwkeurigheid: 0.2 mm FH

27 Printen in kleur FH

28 Micro-Stereolithography
Envisiontec: Fotopolymerisatie op basis van DLP Materiaal: Acrylaat Bouwvolume: 50x40x250 mm Snelheid: mm/uur Laagdikte: – mm Resolutie: 1280x1024 (pixelgrootte: 39μm) FH

29 3D metal printing Prometal: Materiaal: RVS, Aluminium, Brons
Bouwvolume: 190x190x150 mm Snelheid: 2 mm/uur Laagdikte: 0,1 mm Nauwkeurigheid: 0,1 mm FH

30 3D metal printing FH

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

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

33 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 FH

34 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: FH

35 Introductie verspanende technieken
Freestechniek FH

36 3D Scanning Digital Orthopaedic Engineering III 27-06-2009 FH
Digital Othopaedics Engineering FH

37 Wat is 3D scanning Eisen en wensen Wat is scannen Meetsystemen
FH

38 Eisen en wensen Toepassingsgebied orthopedie Snel
Nauwkeurigheid 0,5 mm Rondom Belast FH

39 Voorbeelden . FH

40 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: Een scanner dient altijd voorzien te zijn van geschikte software: Calibratie aansturing laser opslaan data (CCD) FH

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

42 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: FH

43 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 FH

44 Gestructureerd licht scanner
Systeem is opgebouwd uit 2 digitale cameras, een beamer en software. Technische specificaties: Scansystem ( Afwijking 0.1mm. Resolutie 0.4 mm Meetbereik 400 x 300 mm punten/20 sec FH

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

46 Voorbeelden contactloos 3d scannen
FH

47 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. FH

48 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: FH

49 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. FH

50 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. FH

51 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 FH

52 Bronnen www.rhino3d.com www.vorum.com www.biosculptor.com
F. Holtkamp, Cad Cam in de orthopedie R. V. D. Burg TNO FH