一种个性化3D打印防护面罩的制备方法
技术领域
本发明涉及医疗防护技术领域，特别是涉及一种个性化3D打印防护面罩的制备方法。
背景技术
现有技术中，专利用于火灾防护面具的空气净化装置和火灾防护面具(公开号CN108525149A)中主要针对火灾情况下的颗粒烟雾，适用范围较窄，此专利中没有公开制备方法，而现有制备方法一般采用开模加工生产，但是开模加工过程较为复杂，加上模具的制作较为复杂困难，生产工序复杂多样，生产周期较长，同时，通过该方法生产防护面罩，不仅使得防护面罩无法与使用者面部贴合，舒适性较低，密封性较差，而且还无法实现快速定制化生产，对于定制化生产，数据处理较慢，生产定制化的防护面罩需要新生成模型并重新开模，生产成本太高。
发明内容
本发明的目的是提供一种个性化3D打印防护面罩的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现防护面罩的个性化定制和快速制造，使防护面罩具有较高的贴合度、舒适度、气密性和安全性，同时还能够显著缩短生产周期、减少制造工序并降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种个性化3D打印防护面罩的制备方法，包括以下步骤：
S1进行使用者的面部扫描数据采集，利用三维扫描模块按照设定扫描路线对所述使用者的面部进行特征扫描，收集所述使用者的面部扫描数据，并生成初级模型；
S2在原有的模型库中调取预设防护面罩基础模型，将所述初级模型和所述防护面罩基础模型的数据均导入三维设计软件中，再利用所述三维设计软件将所述初级模型和所述防护面罩基础模型进行处理和布尔运算，以生成完全贴合所述使用者面部的防护面罩基体模型；
S3进行3D打印制造，将所述防护面罩基体模型导入与3D打印机相匹配的切片软件中，将所述防护面罩基体模型的数据进行切片处理，生成所述3D打印机能够识别的打印格式文件，将所述打印格式文件输入到所述3D打印机中进行防护面罩基体实体的打印制造；
S4将打印完成的所述防护面罩基体实体进行抛光打磨光洁化，得到最终的防护面罩基体，在所述防护面罩基体两侧连接口罩系带，完成防护面罩的制备。
在一种能够实现的方式中，所述三维扫描模块包括三维扫描仪。
在一种能够实现的方式中，用三维扫描模块按照设定扫描路线对所述使用者的面部进行特征扫描之前，所述S1还包括：
采用所述三维扫描仪对预设面部基础模型进行特征扫描，得到基础面部扫描数据；
调取数据库中预存的与所述预设面部基础模型对应的标准面部扫描数据，将所述基础面部扫描数据与该标准面部扫描数据进行对比分析，若对比分析不一致，更换三维扫描仪。
在一种能够实现的方式中，将所述基础面部扫描数据与该标准面部扫描数据进行对比分析，包括：
提取所述基础面部扫描数据以及标准面部扫描数据的重要性面部特征；
将所述基础面部扫描数据的重要性面部特征与对应的标准面部扫描数据的重要性面部特征进行匹配分析。
在一种能够实现的方式中，所述重要性面部特征包括鼻子、眉骨和额头区域特征。
在一种能够实现的方式中，所述3D打印机采用光固化3D打印技术。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明快速进行面部扫描数据的采集并生成初级模型，然后利用三维设计软件将初级模型和防护面罩基础模型进行布尔运算，快速生成防护面罩基体模型，再将防护面罩基体模型导入切片软件进行切片处理同时生成3D打印机能够识别的打印格式文件，并由3D打印机进行快速打印制造，最后对防护面罩基体直接进行后处理及组装，从而实现防护面罩的个性化定制和快速制造，使防护面罩具有较高的贴合度、舒适度、气密性和安全性，减轻由于长时间佩戴防护面罩产生的面部不适感，同时还能够显著缩短生产周期、减少制造工序并降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明个性化3D打印防护面罩的制备方法的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示：本实施例提供了一种个性化3D打印防护面罩的制备方法，包括以下步骤：
S1进行使用者的面部扫描数据采集，利用三维扫描模块按照设定扫描路线对所述使用者的面部进行特征扫描，收集所述使用者的面部扫描数据，并生成初级模型。
利用三维扫描模块按照设定扫描路线对所述使用者的面部进行特征扫描时，让使用者保持面部正常神态，静坐于三维扫描仪前，以保证获取的数据为最接近使用者日常使用的面部扫描数据。其中，在对使用者的面部进行特征扫描前，让使用者全身放松静坐五分钟，保持面部肌肉的放松和面部表情的正常化。
其中，三维扫描模块包括三维扫描仪，作为优选，该三维扫描仪为手持式三维扫描仪，从而能够方便快捷地进行使用者的面部扫描数据采集。
进一步地，利用三维扫描模块按照设定扫描路线对所述使用者的面部进行特征扫描之前，所述S1还包括：
采用所述三维扫描仪对预设面部基础模型进行特征扫描，得到基础面部扫描数据；
调取数据库中预存的与所述预设面部基础模型对应的标准面部扫描数据，将所述基础面部扫描数据与该标准面部扫描数据进行对比分析，若对比分析不一致，更换三维扫描仪。
本实施例通过提前对三维扫描仪的扫描工作状态进行故障分析，能保障获取使用者的面部扫描数据的准确性。
在一种实施方式中，将所述基础面部扫描数据与该标准面部扫描数据进行对比分析，包括：
提取所述基础面部扫描数据以及标准面部扫描数据的重要性面部特征；
将所述基础面部扫描数据的重要性面部特征与对应的标准面部扫描数据的重要性面部特征进行匹配分析。
其中，若所述基础面部扫描数据中存在一个重要性面部特征与对应的标准面部扫描数据的重要性面部特征不匹配，则表示对比分析不一致。
其中，所述重要性面部特征包括鼻子、眉骨和额头区域特征。
在一种实施方式中，所述三维扫描模块还包括对三维扫描仪的运行状态进行监测的监测模块，所述监测模块包括报警分析单元、用于获取三维扫描仪壳体内部温度的温度监测单元和用于获取三维扫描仪壳体内部湿度的湿度监测单元，所述收集所述使用者的面部扫描数据，包括：
对所述使用者的面部进行多次特征扫描，得到多个所述使用者的面部扫描数据，所述报警分析单元接收每次对所述使用者的面部进行特征扫描时的三维扫描仪壳体内部的温湿度数据，若第a次对所述使用者的面部进行特征扫描时的温湿度数据不满足预设条件，对该第a次对所述使用者的面部进行特征扫描时所获取的面部扫描数据进行删除。
其中，所述预设条件为：
且
式中，Ta为第a次对所述使用者的面部进行特征扫描时的三维扫描仪壳体内部温度，T0为获取所述标准面部扫描数据时的三维扫描仪壳体内部温度，Tγ为由专家评定的三维扫描仪处于最佳工作环境的时的标准温度值，α1、α2为预设权重值，且满足α1+α2＝1；
式中，Sa为第a次对所述使用者的面部进行特征扫描时的三维扫描仪壳体内部湿度，So为获取所述标准面部扫描数据时的三维扫描仪壳体内部湿度，Sγ为由专家评定的三维扫描仪处于最佳工作环境的时的标准湿度值，β1、β为预设权重值，且满足β1+β2＝1。
三维扫描仪所处环境的温湿度会影响到三维扫描的准确度，本发明实施例通过设置监测模块，可对三维扫描仪所处环境参数进行实时数据采集和监测，方便对三维扫描过程进行实时监控，在三维扫描仪所处环境的温湿度不满足预设条件时，及时对所采集的面部扫描数据进行删除，能够避免出现因三维扫描模块异常造成扫描数据不准确的情况。本实施例通过标准温湿度值以及获取所述标准面部扫描数据时的三维扫描仪壳体内部温湿度两个参数对三维扫描仪所处环境的温湿度进行合适与否的评定，提供了一种具体客观的评定手段，有利于提高对面部扫描数据的筛选效率。
其中，该初级模型保存为stl格式文件。
S2在原有的模型库中调取预设防护面罩基础模型，将所述初级模型和所述防护面罩基础模型的数据均导入三维设计软件中，再利用所述三维设计软件将所述初级模型和所述防护面罩基础模型进行处理和布尔运算，以生成完全贴合所述使用者面部的防护面罩基体模型。
其中，防护面罩基体模型保存为stl格式文件，三维设计软件优选为AutodeskMaya。
S3进行3D打印制造，将所述防护面罩基体模型导入与3D打印机相匹配的切片软件中，将所述防护面罩基体模型的数据进行切片处理，生成所述3D打印机能够识别的打印格式文件，将所述打印格式文件输入到所述3D打印机中进行防护面罩基体实体的打印制造。
其中，3D打印机采用光固化3D打印技术，利用3D打印进行防护面罩基体实体的打印制造，可以实现防护面罩基体实体的快速制造，生产周期显著缩短，制造工序减小、生产成本降低；
S4将打印完成的所述防护面罩基体实体进行抛光打磨光洁化，得到最终的防护面罩基体，在所述防护面罩基体两侧连接口罩系带，完成防护面罩的制备。
本发明上述实施例快速进行面部扫描数据的采集并生成初级模型，然后利用三维设计软件将初级模型和防护面罩基础模型进行布尔运算，快速生成防护面罩基体模型，再将防护面罩基体模型导入切片软件进行切片处理同时生成3D打印机能够识别的打印格式文件，并由3D打印机进行快速打印制造，最后对防护面罩基体直接进行后处理及组装，从而实现防护面罩的个性化定制和快速制造，使防护面罩具有较高的贴合度、舒适度、气密性和安全性，以减轻由于长时间佩戴防护面罩产生的面部不适感，同时还能够显著缩短生产周期、减少制造工序并降低生产成本。
本发明上述实施例可以为花粉过敏者、雾霾防护、特殊呼吸疾病患者、医疗防护等相关类别的人群提供快捷的个性化定制防护面罩的制备方法，特别是对需要长时间佩戴防护面罩的工作人员定制一个匹配他们脸型的防护面罩，以减轻由于长时间佩戴防护面罩产生的面部不适感。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
