3.4. Thiết kế khớp gối bằng phần mềm SOLIDWORKS 2014
3.4.1. Thiết kế phần xương trên (xương gối)
Sau khi xuất ra file đuôi .STL đem xử lí tiếp file bằng phần mềm Solid works. Sau khi khởi động phần mềm thì chọn chức năng Add-Ins
Hình 3.18 Bật chức năng Add-Ins trong SolidWorks Mở file .STL theo hình sau
Hình 3.19 Giao diện nhập file .STL vào SolidWorks
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 41 Hình 3.20 Hình ảnh 3D của xương trên sau khi quét bằng Mimics
Kích hoạt add-in ScanTo3D trong add-in của SOLIDWORKS để có thể làm việc với định dạng file *.stl. Sau khi kích hoạt, vào Tools => ScanTo3D sẽ hiện lên các lệnh đặc trưng để xử lý mô hình vừa nhập vào.
Hình 3.21 Sử dụng các công cụ trong Add-in ScanTo3D
Mesh Prep Wizard: xử lí trước file mesh, có chức năng chuyển hệ tọa độ, xóa các phần rác từ MIMICS, tạo Smooth các bề mặt.
Curve Wizard: nội suy các biên dạng mặt cắt. Lệnh này dùng rất nhiều trong thiết kế, để xác định các điều kiện biên cho vùng thiết kế.
Surface Wizard: nội suy mặt phẳng. Trong phần luận văn, phần này không được sử dụng do bề mặt xương của khớp gối là các bề mặt bất kì.
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Nguyên Duy Phương
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 42
Merge Meshes: kết hợp các mesh vụn lại thành một Mesh. Lệnh này ít dùng, nhưng để làm gọn file thiết kế thì cũng nên dùng.
Trình tự thiết kế bắt đầu bằng việc sử dụng công cụ Mesh Prep Wizard để chuẩn bị mô hình.
Dịch chuyển toạ độ về gốc, để sau bước thiết kế CAD có thể chuyển qua MasterCAM xây dựng các phương án chạy dao dễ dàng hơn.
Hình 3.22 Dịch chuyển góc toạ độ mô hình bằng Mesh Prep Wizard
Chọn phương pháp định hướng – Orientation Method là Automatic, để phần mềm tự động dịch chuyển mô hình Mesh về gốc toạ độ máy. Ngoài ra ở các tuỳ chọn khác, ta để theo mặc định phần mềm. Vì ngay từ đầu mục đích chỉ để đưa mô hình về gốc toạ độ máy.
Sử dụng công cụ Surface Wizard xây dựng mô hình Solid từ Mesh
Ta chọn Automatic creation trong hộp thoại Solid/Surface Creation, để chọn phương pháp xây dựng mô hình Solid tự động như hình bên dưới.
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 43 Hình 3.23 Xây dựng mô hình solid bằng Surface Wizard
Để điều chỉnh được số lượng các bề mặt cũng như độ mịn của mô hình. Ở đây ta lựa chọn khoảng trung bình, để mô hình có đủ độ mượt (smooth) mà không làm ảnh hưởng đến kích thước nhiều đến mô hình sau khi được tạo ra so với thực tế.
Hình 3.24 Điều chỉnh độ mịn của bề mặt mô hình
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Nguyên Duy Phương
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 44
Hình 3.25 Kết quả thu được khi chuyển thành mô hình solid
Ở đây ta lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình Surface thay vì Solid vì phương pháp này giúp ta dễ dàng xử lý được các bề mặt phức tạp, mặt như trên môt cách linh hoạt, chính xác. Mặc khác, có thể dễ dàng chuyển thành solid sử dụng cho phần CAM trong Master CAM sau này.
Hình 3.26 Mặt phẳng khớp gối sau khi được tạo hình bằng công cụ add-in ScanTo3D
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 45 Bề mặt sau khi xây dựng chưa được tốt cũng như khó có thể gia công nên cần chia nhỏ để tiến hành xây dựng mặt mới dựa trên mặt có sẵn.
Tạo 2 mặt phẳng chạy dọc theo phần lồi cầu và nằm giữa phần lồi cầu, trên 2 mặt phẳng này, tạo các đường sketch theo biên dạo lồi cầu, dùng lệnh Sweep để tạo mặt cong có profile là cung tròn
Hình 3.27 Sử dụng lệnh Sweep để tạo mặt cong có profile là cung tròn và đường dẫn theo biên dạng cong của khớp
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Nguyên Duy Phương
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 46
Hình 3.28 Sử dụng lệnh Boundary để tạo mặt cong còn lại của lồi cầu đúng theo biên dạng của khớp
Hình 3.29 Dựng lại bề mặt của lồi cầu còn lại theo phương pháp tương tự
Hình 3.30 Sử dụng lệnh Fill với các biên dạng vẽ theo khớp để tạo ra mặt phẳng nối 2 lồi cầu
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 47 Hình 3.31 Sử dụng lệnh Knit để đồng bộ các mặt
Hình 3.32 Mô hình surface trước khi tạo Solid
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Nguyên Duy Phương
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 48
Hình 3.33 Dựng các surface các bên
Hình 3.34 Dựng sketch để cắt các surface
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 49 Hình 3.35 Dựng sketch để cắt các surface một bên còn lại
Hình 3.36 Cắt các surface theo biên dạng áp vào xương trên
Luận văn thạc sĩ GVHD: TS. Trần Nguyên Duy Phương
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 50
Hình 3.37 Điền đầy các surface đã bị cắt tạo thành hộp kín
Hình 3.38 Knit tất cả các surface
Sau khi dựng thành hộp kín, phần mềm Solid Works sẽ tự động chuyển từ surface về dạng Solid, ta dùng lệnh fillet và extrude tạo chốt côn gắn vào xương trên, và hoàn thành xong thiết kế phần xương trên.
HVTH: Nguyễn Văn Hưng 51 Hình 3.39 Mô hình solid phần xương trên