浙大专家为医护人员“量脸定制”护目镜 3D打印完美贴合

3D打印抗战新冠肺炎
2020
05/22
13:44
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来源:浙报融媒体

据了解,浙江大学科学家日前用3D打印技术制造出“量脸定制”的护目镜,完全贴合使用者眼眶,解决了护目镜长时间佩戴的功能性与舒适性问题,受到试用医护人员的好评。

在战疫一线,传统护目镜给医护人员带来了不少麻烦:尺寸单一,依靠强力勒紧系带进行脸部形状适配,防护贴合不到位;长时间勒紧皮肤造成脸部严重“压疮”,存在破口感染风险;近视人员需要戴两副眼镜,使用不便并且会产生雾气影响视野等。
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浙江大学计算机辅助设计与图形学(CAD&CG)国家重点实验室周昆教授团队,近日公布了一项最新的研究成果,通过三维测量佩戴者的脸部形状来为每个用户生成完全贴合的护目镜,并通过3D打印技术完成生产。

这是一项护目镜的自动化设计技术,以三维扫描获得用户脸部形状数据,自动化程序完成三维设计,包括尺寸、倾角、镜眼距、桩头张角等数十项参数的最优化计算,生成完美贴合人体眼眶的几何形状,最后以3D打印技术完成生产。


据了解,这项技术主要的挑战在于要快速自动生成兼顾众多的设计目标的护目镜设计,在确保面部贴合的同时,保证片槽、桩头、通气孔等护目镜关键功能部件的形状满足功能要求,还要满足3D打印生产对于壁厚变化的限制,最后甚至需要考虑生成护目镜形状线条的光顺和美观,每个问题单独考虑并不复杂,但耦合在一起就变成了一个十分棘手的优化问题。

周昆教授团队凭借在三维建模和几何计算方向上的深厚积累,短时间内确定了梯度域级联优化的整体思路,并解决了接触面控制、槽孔位保持、自动对称性调整等难点问题,利用了GPU的大规模并行计算能力来加速优化求解过程,实现了获得用户脸部模型后30秒内完成护目镜的自动化设计,做到了“立等可见”。

设计不能脱离生产存在。世界上没有两个人的脸是一模一样的,这意味着根据用户脸型生成的每一副护目镜都具有独一无二的形状。传统开模生产方式无法生产这样的定制化产品,而3D打印技术可以很好地解决这一问题。3D打印技术的发展和快速普及,使得可以在很短时间内以较低的成本完成护目镜的定制化生产,甚至在表面彩印上个性化图案。创新的生产方式加上已经逐渐普及到个人手机和平板设备上的三维扫描功能,让这一技术能够顺理成章地走出实验室,直接服务广大医护和疫情防控人员。
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目前这项研究成果已经申请了国家发明专利,并在杭州两个医院院区完成了临床应用测试。医护人员普遍评价:“这种护目镜戴上去舒适多了。整个镜圈贴合在眼眶上,脸上的压迫感分布比较均匀,即使整天佩戴着,在脸上留下的痕迹也不明显,取下后很快就消失了。镜片直接安装在护目镜上,再不用里一层外一层套着戴眼镜和护目镜了,起雾问题也大大改善。”

“实际上,作为定制化的头戴设备自动设计,这一技术的应用场景并不限于疫情期间的个人防护。”周昆说,“未来不管是针对运动眼镜,还是虚拟现实/增强现实的头戴设备,这都是一项极具前景的技术。”

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