一种基于人脸照片合成模型个性化定制的3D打印口罩的制作方法

技术领域

本发明涉及一种照片合成人脸模型技术以及一种3D打印口罩的制作方法，属于增材制造领域和医用护具领域，特别是利用人脸模型与口罩相结合，制作贴合人脸的个性化3D打印防护口罩。

背景技术

由于一次性口罩在连续佩戴四到八个小时之后就会降低或失去防护效果，无法隔离病菌；并且经常使用一次性口罩会造成很严重的浪费现象。传统硬质口罩可以多次使用并且长时间佩戴，但是还是有很多缺陷。例如：普通硬质口罩的重量很大，一般为50g或者更高，普通人戴久了以后会感觉到十分沉重，因此不能长时间佩戴；硬质口罩为了贴合面部，还需要在口罩与脸接触的边缘添加例如海绵、硅胶等缓冲物，这无疑会增加口罩的重量，若缓冲物有破损或毁坏，口罩将失去舒适与密封的效果。此外，每个人的面部轮廓差异很大，量产的口罩无法满足每个人的个体需求，无法做到个性化人性化的设计。

随着科技的进步与发展，用多张不同角度人脸照片快速生成人头模型是较为成熟的技术，将其与3D打印独特的成型技术相结合，可以使口罩既能减少口罩本身的重量，又能实现个性化的定制需求，使口罩面部与人脸紧密贴合，加强面罩的密封性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于用照片生成人脸模型，利用3D打印技术制作个性化定制防护口罩的方法。

本发明是通过以下软件、材料及装置实现的：FaceGen Modeller 人脸模型生成软件、尼龙PA2200粉末以及SLS3D打印机。

本发明通过一下技术方案实现的：

一、使用FaceGen Modeller 3.6软件进行人脸模型的制作

将一至三张正面以及侧面人脸照片导入到软件中，调整照片确保图像垂直，分配人脸的特征点，例如眼间距、鼻宽(高)、嘴宽(高)、下巴以及面颊轮廓等，确定好特征点后等待几分钟软件就会生成人脸照片的模型，最后将人脸模型用stl格式导出。

二、口罩原坯设计

口罩正面设计成网格状结构，用于通风换气，通过流体模拟得到网格的直径为2mm即可保证呼吸的顺畅；口罩的侧面是圆台形状，原台底部是由正面轮廓等距拉伸而成。滤芯夹层制成内凹形状，为放置滤芯留空间，滤芯的装卡采用压板设计，方便装卡和拆卸。

三、获取三维人脸口罩

将人脸模型与口罩导入magics软件中，将口罩放置于人脸模型的相应佩戴位置，通过布尔运算将口罩边缘裁剪成相应的人脸模型边缘。将制作好的口罩模型用stl格式导出。

四、3D打印口罩制作过程

将口罩模型进行切片处理，导入EOSp396 3D打印机；清理粉缸和振镜镜片，进行120分钟预热，预热温度为168～175℃，设置打印参数，激光功率为60～120W，扫描速度为1500～2000mm/s，光斑直径为0.07～0.14mm，供粉率为80％～120％，风循环率为2.4～2.7，层厚为0.1～0.12mm。

打印过程结束后，经过8～10个小时的冷却，然后通过直径为 1.5mm的玻璃球对EOSp396制作的防护口罩表面进行喷砂处理，使其表面更加光滑，减少表面残留的尼龙粉末，然后将其放入0.4W/cm

(1)本发明利用FaceGen Modeller软件，将三张人脸照片合成相应的三维人脸模型，并用模型与口罩相结合，将口罩边缘制成完全贴合人脸的形状，实现个性化定制。

(2)本发明通过将口罩边缘制成贴合人脸形状，与人脸贴合，省去增加缓冲垫的步骤，可以减轻自身重量，减少制作成本。

(3)本发明利用SLS 3D打印的制作方式，无需添加支撑一次成型，采用尼龙材料减少对人脸的刺激，提高实体的强度，可根据不同的三维模型进行打印，无须开模，缩短生产周期。

附图说明

图1是采用人脸照片生成人脸模型步骤图

图2是用三维软件设计的口罩坯型

图3是口罩与人脸模型相结合

图4是制作完成的口罩

具体实施方式

1、通过solidworks软件，设计口罩的坯型。在口罩正面设计滤孔，滤孔由是若干个宽为2mm，长度为9.5～50mm的孔隙组成。口罩两侧分别有两个长为22mm，宽为15mm的耳朵作为穿带孔。根据口罩内部根据透气范围制作深度为1mm的凹槽用于放置滤芯，并根据滤芯大小设计一个可拆卸的压板用来固定滤芯。

2、将人脸的一至三张照片(正面、左面、右面)导入到FaceGen Modeller3.6软件中，旋转照片确保图像垂直，用十字基准点分配人脸的特征点，例如眼间距、鼻宽(高)、嘴宽(高)、下巴以及面颊轮廓等，确定好特征点后开始生成模型，等待几分钟软件就会生成人脸照片的模型，最后将人脸模型用stl格式导出。

3、将人脸模型与口罩坯型导入magics中，将口罩放置于人脸模型的相应佩戴位置，通过布尔运算将口罩边缘裁剪成相应的人脸模型边缘。将制作好的口罩模型用stl格式导出。

4、将口罩模型进行切片处理，导入EOSp396 3D打印机；清理粉缸和振镜镜片，进行120分钟预热，预热温度为171℃，设置打印参数，激光功率为60W，扫描速度为1500mm/s，光斑直径为0.12mm，供粉率为90％，风循环率为2.5，层厚为0.12mm。

5、打印过程结束后，经过10个小时的冷却，然后通过直径为1.5mm 的玻璃球对EOSp396制作的防护口罩表面进行喷砂处理，使其表面更加光滑，减少表面残留的尼龙粉末，然后将其放入0.4W/cm