FH 1

3D Scanning Cad/Cam

in de Orthopedie

Digital Orthopaedic engineering

Fred HoltkampAssociate lector

Orthopedische TechnologieFontys Paramedische Hogeschool

27-06-2009

FH 2

Wat is cad cam

Wat heb je nodigWat kan het (niet)Wat is er beschikbaarWaar gaan we heen!

27-06-2009

FH 3

Cad Design

27-06-2009

Digital Orthopaedic Engineering I

FH 4

Wat is Cad Cam

• Design en Manufacturing met behulp van soft- en hardware.

• Waarom? • Sneller• Goedkoper• Eenduidig• Reproduceerbaarheid

27-06-2009

FH 5

Een voorbeeld

27-06-2009

FH 6

De 3 elementen

27-06-2009

Het begin

Cad modelleren 3D scannen

De simulatie

Cam productie

Het product

FH 7

CAD

27-06-2009

• Modelleren. Aanpassen, corrigeren van digitale modellen.

FH 8

CAD-Technieken

Drie verschillende modeling technieken

• Surface modelling• Solid modelling• STL modelling

27-06-2009

FH 9

Surface modelling

Methode:• Punten => lijnen => vlakken

Bijvoorbeeld:Rhino (www.rhino3d.nl)

27-06-2009

FH 10

Solid modelling

Methode:• Punten => lijnen => solids

Bijvoorbeeld:Inventor (www.autodesk.com)

27-06-2009

FH 11

STL modelling

Methode:• 3 punten => driehoeken

Bijvoorbeeld:Hexagon

27-06-2009

FH 12

Voorbeeld 1

27-06-2009

FH 13

Voorbeeld 2

27-06-2009

FH 14

STL modelling

Hexagon (www.daz3d.com)

27-06-2009

FH 15

Praktijkcase

1. Het modelleren van een EVO kan met behulp van goedkope software.

2. Het handwerk wordt vertaald in beeldwerk.

3. Een compleet andere denkwijze is onvermijdelijk.

4. Vergaande automatisering is noodzakelijk.

27-06-2009

FH 16

Uitwerking case

27-06-2009

FH 17

Uitwerking case

27-06-2009

FH 18

Uitwerking case

27-06-2009

FH 19

Uitwerking case

27-06-2009

FH 20

Discussie

1. Het modelleren van een EVO kan met behulp van goedkope software.

2. Het handwerk wordt vertaald in beeldwerk.3. Een compleet andere denkwijze is

onvermijdelijk.4. Vergaande automatisering is noodzakelijk.

27-06-2009

FH 21

Simulatie

27-06-2009

3d FEM simulatie t.b.v. spanningsanalyse

Cam Manufacturing

Digital Orthopaedic Engineering II

FH 23

Vormgeving

• Door materiaal toevoeging• LMT techniek

• Door Materiaal afname• Frees of draaitechnologie

27-06-2009

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.

27-06-2009

FH 25

Staircasing LMT

27-06-2009

FH 26

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 27

Printen in kleur

27-06-2009

FH 28

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 29

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 30

3D metal printing

27-06-2009

FH 31

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

Selective Laser Sintering

27-06-2009

FH 32

SLS materiaal

• Anisotrope eigenschappen.• Minimale dikte ivm laagopbouw.• Nylon is een inert materiaal.• Hechting coating op basis van

micro-verankering.

27-06-2009

FH 33

Kenmerken• Geometrie vrijheid• Redelijke materiaaleigenschappen

– Treksterkte– Slagvastheid

• Produktkosten onafhankelijk van de complexiteit.

• Hoge graad van automatisering• Integratie van ontwerp en productie proces

27-06-2009

FH 34

Vervolg case

1. De geprinte onrthese afwerken met glasvezel.

27-06-2009

FH 3527-06-2009

• Freestechniek

Introductie verspanende technieken

FH 36

3D Scanning

Digital Orthopaedic Engineering III

27-06-2009

FH 37

Wat is 3D scanning

• Eisen en wensen• Wat is scannen• Meetsystemen

27-06-2009

FH 38

Eisen en wensen

• Toepassingsgebied orthopedie– Snel– Nauwkeurigheid 0,5 mm– Rondom– Belast

27-06-2009

FH 39

.

27-06-2009

Voorbeelden

FH 40

Voorbeelden scanners

27-06-2009

FH 41

Contact

• Meetbandje• Meetpen

27-06-2009

FH 42

Contactloos

• Laser• Gestructureerd licht

Allen werken op de driehoeksmethode.

27-06-2009

FH 43

Laserscanner

27-06-2009

FH 44

Gestructureerd licht scanner

27-06-2009

FH 45

Driehoeksmethode

27-06-2009

FH 46

Voorbeelden contactloos 3d scannen

27-06-2009

FH 47

Dataverwerking

Diverse puntenwolken• Uitfilteren fouten (speckle)• Uitlijnen puntenwolken• Datacompressie• ExporterenEen mesh (STL-bestand)

27-06-2009

FH 48

STL formaat

• Uitsluitend driehoeken• Volledig sluitend / waterdicht• Hoeken binnen verhouding• Normaalvectoren uitwaards

27-06-2009

FH 49

STL formaat

27-06-2009

FH 50

Voorbeeld STL

27-06-2009

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

27-06-2009

FH 52

• 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

Bronnen