SolidWorks的Link髋关节假体凸凹模的计算机辅助设计及制造(3)

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1.4 髋关节假体的结构

髋关节是人体骨骼的一部分，他是一块整体的骨骼，而我们这里所涉及的髋关节假体是根据人体这部分的骨骼做出的仿真型金属“骨骼”这个假体（骨水泥假体）包含了骨水泥臼杯、球头假体、骨水泥柄三部分[7]。骨水泥臼杯就是连接髋关节和人体盆骨的连接器，用于连接盆骨并且包络髋关节球头并且提供球头可运动空间，保护球头，其材料选用超高分子量聚乙烯，保证轻便和耐用，不给身体带来很大的负担。球头假体就是一个用来模仿人体髋关节头部的球状部分并且能完成大角度旋转的一个部分，也是整个髋关节假体不可或缺的一部分，能够完成各种运动的运动原点[8]。最大同时也是最关键的就是骨水泥柄了，一个好的骨水泥柄不仅取决于其特殊的材质，而且与其形状设计和尺寸要求有密切的关系，形状关系到手术后骨骼周围的受力情况，关系到之后的骨质生长状况，因此需要进行非常细致和精密的形态设计。本文所设计的髋关节假体正是参考了各种人体骨骼形态画出的较为实用的柄部曲线，设计出假体柄[9]。骨水泥髋关节假体的结构如 1.1 所示。

髋关节假体结构

1.5 三维造型在髋关节假体凸凹模设计中的应用

在设计制造髋关节假体的时候，如果只是纯手工使用传统手绘方法来进行操作的话，由于该零件曲面复杂，绘图比较繁琐，难以做到精确和高效，容易出现错误。计算机辅助设计（CAD）从诞生至今经过了将近 40 年的发展历程，经过不断的修复和改进创新，各方面的功能和技术已经日趋成熟[10]。在机械、电子、化工等各个行业得到了广泛的应用。在造型和分析方面起到了无可替代的作用。文献综述

1.5.1 计算机辅助设计和制造在髋关节假体中的应用

早期的三维 CAD 技术主要由点线集合构成线框系统，方法简单，易于上手。但是对于一些复杂的曲面设计就显得力不从心，只能表达基本的几何信息，这使得 CAD 技术具有局限性，不能十分完美地满足客户需求。

而在信息和技术飞速发展的现在，CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）/CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）技术相互结合，很大程度上解决了认为因素造成的麻烦，可以不用借助传统图纸等工具来设计制作和发送产品到厂商。一套 CAD/CAM 系统是由许多模块组成，如：图形编辑、三维会素、曲面造型、数控加工、有限元分析、模具设计等[11]。

1.5.2 SolidWorks 软件在髋关节假体中的应用

SolidWorks 是达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司推出的一款计算机辅助设计制造的软件。他是一个在 Windows 系统中拥有强大功能的三维处理软件，并且具有异常强大的兼容性，其他三维工程图（包括扫描图）都能在 SolidWorks 中完美展现。这款软件具有功能强大、操作简单、易于上手、造型方便等特点。这使得广大公司和厂商很乐意去接受并且投入使用这款软件。不仅使得设计更加先进精确，而且还一定程度上提高了效率。这样的三维造型软件必定会引领计算机辅助设计制造产业飞速向前发展[12]。

髋关节假体的三维造型设计可以运用 SolidWorks 软件来完成髋关节假体的曲面建模、零件装配、模具设计和数控加工等一系列复杂的工艺过程。有效利用 SolidWorks 软件可以使本产品造型和设计变得简单明了，通俗易懂。SolidWorks 强大的三维造型功能，能够完成快速的造型、工程图绘制渲染等工作，并且能够随时进行更改。并且由于髋关节假体包含了 3 个零件，SolidWorks 能够很快速直观地进行零件之间的装配工作，并且当其中的零件尺寸特征发生更改的时候能够及时重建模型保持装配提与零件之间的同步性。省去了不必要的重复修改过程，大大提高了工作效率。