CN108246881A - 一种通用型颅骨保护帽的设计方案与制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型颅骨保护帽的设计方案与制备方法。针对大骨瓣减压术与颅骨修补术之间需要数月的等待时间，而这期间病人缺损的颅骨没有具体保护设备，本发明设计和制备了一个三层帽体，帽体中间层设有预制大小和形状的通用护板，帽体的大小和形状根据用户的实际需求分为X，M，L等型号，分别在UG软件中建立三维原型，依据三维原型导出数控NC代码，然后采用无模热渐进负成形快速制备钛合金护板。该护板通过点焊连接固定在帽体外层的金属骨架上，内外层填充相应透气棉和生物材料。本发明可以覆盖大部分人脑颅骨，起到代替颅骨缺损部位的颅骨作用，有效防止碰撞对颅骨的损害，同时制备方法具有通用性和量产性，并且相较于定制产品，价格大幅降低。

Description

一种通用型颅骨保护帽的设计方案与制备方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别设计一种通用性颅骨保护帽的设计方案，并提供制备方法。

背景技术

颅脑损伤或其他疾病原因引起的需行大骨瓣减压后造成的颅骨缺损，需要等待数月后再次入院进行颅骨修补术，在这期间病人颅骨保持缺损状态，易受外力打击导致脑组织损伤，病人睡眠时的体位变化都可能压迫脑组织，造成损伤，存在极大的安全隐患。同时仅有的颅骨保护设备，还都是根据颅骨扫描数据定制的，造成了费用高昂，使普通患者使用不起。并且定制产品，需要一个定制周期，会造成缺少保护的真空时间带。

数控渐进成形是一种快速成形技术，将复杂三维钣金件的加工成形过程分解为一层层的逐步加工过程，每层逐步成形，最终成形为所需要的零件。该技术广泛用于医学工程中各种曲面钣金件的加工制造，渐进成形工艺采用无模化生产，制造成本低廉。因此，采用金属板料渐进成形这一新兴技术加工，不仅会大大降低零件的制造成本还会大大缩短加工时间，从而可以大大降低产品的设计周期和设计成本。

故通过渐进成形技术，开发一种通用性的用于颅骨损伤后的保护帽以解决上诉问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了提供一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，本保护帽不仅可以防止碰撞对颅骨的损害，同时还具有通用性和量产性，并且价格大幅降低，通气性和舒适性高。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为：

一种通用型颅骨保护帽的设计方案与制备方法，包括一个三层帽体，所述帽体中间层设有预制大小和形状的通用护板，护板由钛合金材料制备。首先根据市面上常见的不同尺寸的棒球帽的形状数据，分别在UG软件中建立三维模型，对模型的圆角和边界进行优化，在UG的CAM模块中导出相应的数控NC代码。然后在数控渐进成形机床上用此代码对钛合金材料进行自阻加热负渐进成形，得到钛合金护板，该护板略小于帽体外层，弧度、形状与帽体相匹配，同时该护板固定在帽体的位置可以覆盖大部分的人体颅骨包括常见的颅骨缺损部位，起到代替颅骨缺损部位的颅骨作用。同时为了让使用者更加放心，所述钛合金材料为医学专用材料，对身体没有危害，并且比强度高、密度小，使用更加舒适，同时透气性好，利于空气流通，保证颅骨受伤部位的干爽，防止细菌滋生，维持颅骨损伤部位外部压力的稳定。考虑到使用的实际情况不同，本发明在尺寸上具有S、M、L等多个型号，具有良好的选择性和通用性。然后进一步，所述护板与所述帽体固定连接。通过固定连接，避免护板在使用过程中发生移动，造成二次伤害，同时具有较好的固定和抗压效果。再通过点焊工艺完成将所诉金属护板固定在外层的金属骨架上面，如此设置，增强了护板的固定和抗压效果，并且便于通用性。之后，将诉述帽体分为外层、护板和内层，护板设置在所述内层和外层中间，同时填充足量的透气棉和生物材料，起到一定的缓冲作用，避免硬质的护板直接搁置在颅骨缺损的部位，造成二次伤害，并且剧透较高的舒适性和透气性。最后，将所述外层和内层在帽体底部缝合，护板设置在所诉内层和外层之间，并且固定连接在外层上，便于护板位置的固定，避免其发生移动造成使用者的不舒适，同时将钛合金护板完全置于帽体之中，也有利提保护帽的耐用性。

进一步，所述自阻加热渐进成形技术，将电源的正极接在工具头上，将负极接在夹具上，从而构成了回路，在工具头加工点处产生最适宜钛合金板料成形的温度，并且在夹具与工作台之间铺上绝缘垫，防止无关部分通电。通过渐进成形负成形技术，将钛合金材料加工成相应的护板，柔性制造的方式，快速成形，不需要模具，降低了生产成本和产品周期。

进一步，所述外层的金属骨架由纵向和横向的金属丝制备而成，骨架组成半球型的形状，外层由牛仔布在其金属骨架上缝纫成形，增强了外层的耐磨性。钛合金护板与外层通过点焊工艺固定连接时，仅需要根据金属骨架上的横纵相交的节点位置，将钛合金护板通过点焊固定在金属骨架的节点上。如此设置，利于固定护板在帽体内的位置，使得护板在使用过程中不易移动，同时不管使用者的颅骨受损部位在何处，均可使用本帽体，提高了保护帽的通用性。

进一步，所述护板的大小和形状根据市面常用的棒球帽设计，形状与帽体外层相似，大小略小于帽体外层，增加了帽体的美观程度。同时，帽体的大小可以根据使用者的实际情况分为S、M、L等多个尺码，帽体太大，起不到保护的技术效果，并且携带不方便，帽体太大，使用者会感到不舒适，压迫可能产生二次伤害。根据外层的形状和大小，在三维成形软件UG中建立产品的三维模型，然后适当调整大小，同时优化圆角和边界。

进一步，所述帽体设有橡胶软体，一方面可以扩大本发明的通用性，在所选帽体尺寸的基础上，还可以根据使用者的具体情况，通过橡胶软体进行微调其松紧度，使使用者感到舒适；还便于使用的穿戴，将帽体调紧后可使保护板与颅骨缺损部位贴合的更紧，保护效果更佳。

进一步，所诉帽体根据棒球帽的设计，还设有帽檐。帽檐的设置可以遮挡阳光，同时更加美观，便于摘取。

本发明提供了一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法具有以下优点：

1、本保护帽不仅可以防止碰撞对颅骨的损害，同时还具有通用性和量产性，并且价格大幅降低，通气性和舒适性高

2、与传统的颅骨保护装置相比，首先本发明具有通用性，采用覆盖全颅骨的护板设计，可以适应不同的使用者的具体情况，在设计上大大降低了成本和售价；同时本法面在金属护板的成形过程中采用渐进成形的方法，柔性制造的方法节省了模具成本和设计的过程，在制备上降低了成本和生产周期；最后本发根据市面上常见的棒球帽来设计和改造，省去了外层的设计过程，并且容易获取和制备，具有较强的通用性。

附图说明

图1是本发明所涉及的保护帽的帽体整体结构示意图

图2是本发明所涉及的保护帽的帽体剖面结构示意图

图3是本发明所涉及的保护帽的制备流程示意图

图4是本发明所涉及的自阻电加热渐进成形装置示意图

图中：

1帽体 2外层 3钛合金护板 4内层 5橡胶软体 6金属骨架 7透气孔 8焊点 9帽檐

10工作台 11绝缘垫 12夹具 13钛合金板料 14工具头 15负极 16正极 17电源

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更详细的说明。

本发明实例如下，如图1所示，一种通用型颅骨保护帽的设计方案与制备方法，包括以下步骤：

1)设计帽体内部设有的预制大小和形状的护板，所述护板由钛合金材料制备，所述护板的大小和形状根据用户的实际需求分为X，M，L等多种型号，采集到帽体的大小和形状参数。

2)将所得到的数据，在UG软件中建立帽体的三维原型。

3)将三维原型的圆角和边界进行优化。

4)将需要金属快速成型的区域，通过UG中的cam模块导出数控加工NC代码。

5)依据所得的数控代码，对钛合金板料进行自阻电加热负渐进成形，得到金属护板。

6)将钛合金护板通过焊点固定在帽体的金属骨架上。

7)将护板设置在内层和外层中间，填充透气棉、生物材料和软体。

在上述实例的基础上，本发明另一个施例中，如图2所示，所述帽体1分为外层2、护板3和内层4，护板3设置在所诉内层4和外层2中间，护板3通过焊点8和帽体外层的金属骨架6固定连接。如此设置，将金属护板3设置在帽体的内层4和外层2之间，内层4 起到一定的缓冲作用，避免硬质的护板3直接搁置在颅骨缺损的部位，造成二次伤害。所述帽体1的内侧设有橡胶软体5，一方面可以扩大本发明的通用性，在帽体尺寸的基础上，还可以根据使用者的具体情况，通过橡胶软体5进行微调其松紧度，使使用者感到舒适；还便于使用的穿戴，将帽体调紧后可使保护板与颅骨缺损部位贴合的更紧，保护效果更佳。

在上述实例的基础上，本发明另一个施例中，如图3所示，首先根据设计常见的棒球帽的形状数据，定制略小于外层、弧度形状与外层一致的护板3，所述护板固定在帽体的位置可以覆盖大部分的人体颅骨包括常见的颅骨缺损部位，起到代替颅骨缺损部位的颅骨作用。考虑到使用的实际情况不同，本发明在尺寸上具有S、M、L等多个型号，具有良好的选择性和通用性，同时增加了帽体1的美观程度，降低了整个帽体制备的难度。所述外层2的金属骨架6由纵向和横向的金属丝制备而成，骨架6组成半球型的形状，外层2由牛仔布在其金属骨架上缝纫成形，增强了外层2的耐磨性。所述钛合金护板3与外层2通过点焊工艺固定连接时，仅需要根据金属骨架6上的横纵相交的节点位置，将钛合金护板3通过点焊固定在金属骨架的节点上，如此设置，钛合金护板3安装方便，利于固定护板3在帽体1内的位置，使得护板3在使用过程中不易移动，同时不管使用者的颅骨受损部位在何处，均可使用本帽体1，提高了保护帽的通用性。所述帽体1根据棒球帽的设计，还设有帽檐9和透气孔7，帽檐9的设置可以遮挡阳光，同时更加美观，便于摘取。

在上述实例的基础上，本发明另一个施例中，如图4所示，所述钛合金护板3通过自阻电加热渐进成形制备而成。将电源的正极15接在工具头14上，将负极16接在夹具12 上，从而构成了通电回路，在工具头14加工点处产生适宜钛合金板料13的最佳成形的温度，并且在夹具12与工作台10之间铺上绝缘垫11，防止无关部分通电。按照所述NC代码所对应的数控轨迹，工具头14一层层的逐步加工，每层逐步成形，成形工具头每走完一层，金属板料就跟着变形一层，完成上一层的加工过程，成形工具头就会下降一层进行加工，直至完成全部的成形加工，生成金属护板3。通过渐进成形负成形技术，柔性制造的方式，快速成形，不需要模具，降低了生产成本和产品周期。

Claims (6)

1.一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

1)设计帽体内部设有的预制大小和形状的护板，所述护板由钛合金材料制备，所述护板的大小和形状根据用户的实际需求分为X，M，L等多种型号，其厚度根据计算和钛合金比强度高的特点可取较小值，采集到帽体的大小和形状参数。

2)将所得到的数据，在UG软件中建立帽体的三维原型。

3)将三维原型的圆角和边界进行优化。

4)将需要金属快速成型的区域，通过UG中的cam模块导出数控加工NC代码。

5)依据所得的数控代码，对钛合金板料进行自阻电加热负渐进成形，得到金属护板。

6)将钛合金护板通过焊点固定在帽体的金属骨架上。

7)将护板设置在内层和外层中间，填充透气棉、生物材料和软体。

2.根据权利要求1所述的一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，所述保护帽由制式棒球帽改造而来，根据用户参数分为多个型号，具有量产性和通用性。

3.根据权利要求1所述的一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，帽体内层由透气棉和生物材料组成，透气棉和生物材料具有较好的透气性和舒适性。

4.根据权利要求1所述的一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，所述帽体内层下端设有橡胶软体，橡胶软体增加舒适性和防止帽体脱落。

5.根据权利要求1所述的一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，所诉护板由医学用钛合金材料制备，钛合金材料通过渐进成形技术快速成型。

6.根据权利要求1所述的一种通用型颅骨保护帽的设计方案和制备方法，其特征在于，所述自阻电加热负渐进成形技术，将电源的正极接在工具头上，将负极接在夹具上，从而构成了回路，在工具头加工点处产生适宜钛合金板料成形的温度，并且在夹具与工作台之间铺上绝缘垫，防止无关部分通电。