Практикум по проектированию 3D-моделей изделий медицинского назначения (медико-инженерное направление). Методическое пособие

№ 4299 М и н и с т е рс т в о н ау к и и в ыс ш е го о б ра з о ва н и я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСќ ЕГ ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

Институт новых материалов и нанотехнологий

Центр профессиональной навигации и приема Проект «Инженерный класс в московской школе»

В.А. Львов

Практикум по проектированию 3D-моделей изделий медицинского назначения (медико-инженерное направление)

Методические указания

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2020

УДК [62-61+621.892] Л89

Р е ц е н з е н т канд. техн. наук, доц. В.В. Зотов

Львов В.А.

Л89 Практикум по проектированию 3D-моделей изделий медицинского назначения (медико-инженерное направление) : метод. пособие / В. А. Львов. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2020. – 26 с.

Пособие содержит методические рекомендации по проектированию и исследованию 3D-моделей изделий медицинского назначения, в частности имплантатов, используемых в ортопедии. Практикум содержит уроки и упражнения, позволяющие освоить навыки проектирования и исследование различных вариантов 3D-моделей имплантатов в среде Autodesk Fusion 360. Успешное изучение данных упражнений и уроков позволит развить у слушателя навыки работы со специализированной CAD-системой, анализа поведения имплантатов в результате воздействия внешних факторов.

Методические указания предназначены для учеников московских школ, которые проходят обучение на элективных курсах в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской школе», а также рекомендованы выпускникам инженерных классов для подготовки к предпрофессиональному экзамену по направлению «Медико-инженерное».

УДК [62-61+621.892]

В. А. Львов, 2020

НИТУ «МИСиС», 2020

3

Урок 1.

Создание модели имплантата

вформе цилиндра

Вданном уроке используются следующие функции и ко-

манды:

•• функция Create Sketch, чтобы создавать эскизы;

•• команда Center Diameter Circle, чтобы создавать окружности;

•• команда Sketch Dimension, чтобы изменять/добавлять разме-

ры части эскизов;

•• команда Offset, чтобы копировать/масштабировать части

эскизов;

•• команда Tangent Plane, чтобы создавать плоскости на изогну-

той поверхности;

•• команда Center to Center Slot, чтобы создавать пазы;

•• команда Rectangular Pattern, чтобы создавать линейный мас-

сив частей эскиза;

•• команда Extrude, чтобы создавать 3D-модель, а также создавать отверстия.

Упражнение 1

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде пазов (3 шт.) и окружностей (2 шт.) согласно следующим размерам:

•• диаметр внутреннего круга модели – 22 мм;

•• диаметр внешнего круга – 24 мм;

•• высота модели – 15 мм;

•• расстояние между точками паза – 4 мм;

•• диаметр паза – 2 мм;

•• расстояние между пазами – 10 мм;

•• диаметр окружности – 4 мм;

•• расстояние между окружностями – 5 мм.

Создание 3D-модели цилиндра. Шаги:

•• нарисуйте круг, которой станет основой для цилиндра (рисунок 1.1):

○○ нажмите Solid > Create > Create Sketch и выберите плоскость XZ. Затем нажмите Sketch > Create > Center Diameter Circle;

4

○○ наведите курсор в начало (центр) эскиза. Курсор автоматически прикрепится к данной точке. Щелкните один раз, чтобы начать рисовать круг;

○○ уведите указатель в сторону, чтобы начать рисовать круг (не заботьтесь о размере круга сейчас, позже мы добавим размер). Щелкните еще раз, чтобы закончить круг (нажмите ESC для выхода из команды);

Рисунок 1 – Эскиз круга, нарисованный на плоскости XZ

•• измените размер круга:

○○ нажмите Sketch > Create > Sketch Dimension. Нажмите на грани круга, чтобы выбрать его;

○○ щелкните еще раз в любом удобном месте, чтобы разместить размер, и напишите 24 мм. Затем нажмите Enter (рисунок 2);

Рисунок 2 – Круг с заданным размером (24 мм)

5

•• скопируйте круг и измените его масштаб (рисунок 3):

○○ нажмите Sketch > Offset для создания копии и масштабирования круга. Затем выберите грань круга;

○○ в диалоговом окне напишите значение –2 мм , затем нажмите Enter. Нажмите Sketch > Finish Sketch, чтобы закончить эскиз (нажмите Home View рядом с Кубом Видов, чтобы увидеть эскиз в удобной ориентации);

Рисунок 3 – Скопированный круг с измененным масштабом

•• создайте 3D-модель из полученного эскиза:

○○ нажмите Solid > Extrude. Выберите зону, которая находится между кругами. Рядом отобразится диалоговое окно

Extrude;

○○ потяните за голубую стрелку, пока вы не достигнете 15 мм, затем нажмите OK в окне Extrude (рисунок 4).

Рисунок 4 – 3D-модель цилиндра

6

Создание отверстий в цилиндре. Шаги:

•• создайте первую дополнительную плоскость на грани цилиндра:

○○ нажмите Solid > Construct > Tangent Plane. Выберите грань цилиндра. Рядом появится боковое меню Tangent Plane, затем в диалоговом окне нажмите OK;

•• создайте вторую дополнительную плоскость на грани цилиндра:

○○ нажмите Solid > Construct > Tangent Plane. Выберите грань цилиндра. Рядом появится боковое меню Tangent Plane, затем в диалоговом окне Tangent Plane нажмите

OK;

(3D-модель цилиндра с дополнительными плоскостями показана на рисунке 5).

Рисунок 5 – 3D-модель цилиндра с дополнительными плоскостями

•• нарисуйте эскиз отверстий в виде пазов на первой дополнительной поверхности:

○○ нажмите Solid > Create > Create Sketch;

○○ выберите первую дополнительную поверхность цилиндра в качестве основы для эскиза. Затем нажмите Sketch > Create > Slot > Center to Center Slot;

○○ выберите первую точку для создания отверстий, щелкнув один раз (расположение первой точки может быть произвольным). Задайте расстояние до второй точки 4 мм, после чего щелкните еще один раз и задайте диаметр паза 2 мм;

•• создайте линейный массив пазов:

○○ нажмите Sketch > Create > Rectangular Pattern. Рядом появится диалоговое окно Rectangular Pattern;

7

○○ выберите все элементы паза, затем потяните вниз за синюю стрелку, которая направлена вверх, пока не достигните расстояния –10 мм;

○○ в диалоговом окне Rectangular Pattern нажмите ОК. Нажмите Sketch > Finish Sketch;

•• создайте отверстия в цилиндре в виде пазов (рисунок 6):

○○ нажмите Solid > Extrude. Появится диалоговое окно Extrude. Выберите каждый паз, затем потяните за голубую стрелку сквозь весь цилиндр, затем в диалоговом окне Extrude выберите Extent > All (обратите внимание, что в Operation должно быть выбрано Cut);

○○ нажмите OK в диалоговом окне Extrude, чтобы закончить создание отверстий;

Рисунок 6 – 3D-модель цилиндра с отверстиями в виде пазов на первой дополнительной плоскости

•• нарисуйте эскиз отверстий в виде кругов на второй дополнительной поверхности:

○○ нажмите Solid > Create > Create Sketch. Выберите вторую

дополнительную поверхность в качестве основы для эскиза;

○○ нажмите Sketch > Center Diameter Circle. Создайте круг диаметром 4 мм, расположив его между пазами, созданными в предыдущем упражнении;

○○ нажмите Sketch > Create > Rectangular Pattern. Рядом появится диалоговое окно Rectangular Pattern. Выберите круг щелчком мыши, затем потяните вниз за стрелку, которая направлена вверх, пока не достигните расстояния –5 мм. Затем измените число копий на 2 в окне справа;

8

○○ в диалоговом окне Rectangular Pattern нажмите ОК, затем Нажмите Sketch > Finish Sketch;

•• создайте круглые отверстия в цилиндре (рисунок 7):

○○ нажмите Modify > Extrude. Появится диалоговое окно Extrude;

○○ выберите каждый круг. Потяните за голубую стрелку сквозь весь цилиндр;

○○ в диалоговом окне Extrude выберите Extent > All. Нажмите OK в диалоговом окне Extrude, чтобы закончить создание отверстий;

○○ нажмите File > Save > Lesson 1.

Рисунок 7 – 3D-модель цилиндра с отверстиями в виде пазов и окружностей

Упражнение 2

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в виде цилиндра согласно следующим размерам:

•• диаметр внутреннего круга модели – 10 мм;

•• диаметр внешнего круга – 11 мм;

•• высота модели – 80 мм.

Упражнение 3

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде пазов (4 шт.) и окружностей (3 шт.) согласно следующим размерам:

•• диаметр внутреннего круга модели – 9 мм;

•• диаметр внешнего круга – 10 мм;

•• высота модели – 70 мм;

9

•• расстояние между точками паза – 5 мм;

•• диаметр паза – 4 мм;

•• расстояние между пазами – 15 мм;

•• диаметр окружности – 5 мм;

•• расстояние между окружностями – 20 мм.

Упражнение 4

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде окружностей (4 и 3 шт.) согласно следующим размерам:

•• диаметр внутреннего круга модели – 22 мм;

•• диаметр внешнего круга – 26 мм;

•• высота модели – 50 мм;

•• диаметр окружности – 4 мм;

•• расстояние между окружностями – 12 мм;

•• диаметр окружности – 3 мм;

•• расстояние между окружностями – 12,5 мм.

10