Ottimizzazione di Percorso Utensile per la Prototipazione Rapida FDM per la realizzazione di protesi ossee. Stato del progetto nei primi 10 mesi di attività

Questo documento riassume lo stato del progetto nei primi 10 mesi di attività. Un aspetto trasversale a tutto il progetto riguarda lo studio delle tecniche di modellazione geometrica solida che sono alla base del presente progetto di ricerca. Questo ambito necessita di conoscenze approfondite di programmazione in linguaggio di alto livello e di grafica computerizzata. Per questa ragione una parte significativa dell'attività è stata rivolta agli aspetti formativi sulla programmazione avanzata (linguaggio C) ed al suo utilizzo nella modellazione geometrica solida. Questa attività ha complementato gli aspetti più specifici legati al progetto che hanno riguardato lo studio delle tecniche di Prototipazione Rapida per la Prototipazione Vascolare

Open CASCADE and rapid prototyping in human carotid lumen reconstruction

Image processing algorithms, CAD-CAM tools and rapid prototyping (RP) techniques are able to produce complex lumen artery replicas. This work presents a system for manufacturing the lumen of human carotid from computed tomography acquisition. The pipe-line of manufacturing process of a human carotid lumen replication is presented. Each stage of the pipe-line is briefly discussed. Technical details of the 3D surface reconstruction phase, based on the Open Cascade geometric modelling software, and the RP manufaturing process based on Fused Deposition Modelling are presented

Anatomical shape reconstruction and manufacturing: solving topological changes of lumen vessel trough geometric approach

Over the last years there has been an increasing growth of interest in Rapid Prototyping (RP) techniques applied to various fields of medicine. RP makes it possible, in vascular surgery, to produce accurate anatomic replicas of patient vessels. These replicas can help the customization of surgical invasive interventions such as in situ stent-graft insertion in carotid region. The main goal of this work is to obtain high quality in lumen reconstruction and manufacturing replicas by RP technique. This goal is achieved through the complete control of each phase of the generating process. We present a semi-automatic method for carotid lumen reconstruction based on Boundary Representation (BRep). All parameters influencing the quality of the shape reconstruction are presented and discussed: shape acquisition, shape reconstruction and shape manufacturing. The shape acquisition starts by extracting the points belonging to the boundary of the lumen vessel, from Computer Tomography (CT) images. These points, parameterised in a vector, are the input data of the shape reconstruction algorithm based on B-Spline interpolation. The B-Spline type for representing curves and surfaces were chosen because of their properties of continuity and local control. In the shape reconstruction stage we had to face problems due to the topological change on the vessel structure. For vessel regions where there are not changes of topology, we use the closed B-Spline curves (belonging to adjacent acquisition planes) as generating curves to build a B-Spline surface. For vessel regions with at least a change of topology (ex. bifurcation region) our algorithm split automatically the involved curves to obtain three rectangular B-Spline patches. Such patches are joined together to obtain the bifurcation vessel lumen. The set of lumen surfaces is then inserted in a Boundary Representation in order to get a valid solid. To analyse the quality of the reconstructed shapes, the final object is compared with the acquisition image. This solid is correctly tessellated in triangles to produce the data format used by the RP devices (STL)

Realizzazione fisica di superfici non orientabili mediante prototipazione rapida

Il termine Prototipazione Rapida (RP da Rapid Prototyping, conosciuta anche come Solid Freeform Fabrication – SFF) si riferisce ad un insieme di tecnologie usate per costruire prototipi di oggetti tridimensionali a partire da modelli geometrici definiti solidi ricostruiti con programmi di progettazione assistita dal calcolatore (Computer Aided Design – CAD). Importanti applicazioni della Prototipazione Rapida si sono ampiamente diffuse negli ultimi anni in vari ambiti: si va dal campo industriale a quello biomedico a quello del design. La complessità geometrica delle forme solide da realizzare è conseguentemente aumentata e richiede lo studio sempre più accurato anche da un punto di vista matematico. Questo documento analizza le competenze matematiche necessarie per trattare la ricostruzione di oggetti dalla geometria particolare, come ad esempio le Superfici non orientabili (Nastro di Möbius, Bottiglia di Klein) per arrivare alla definizione di una loro parametrizzazione utile per la costruzione di modelli solidi stampabili direttamente con tecnica RP. In particolare, sono trattati i problemi legati alla generazione degli spessori necessari alla realizzazione fisica

Sistemi informatici avanzati per l'analisi stratigrafica archeologica

Questo documento descrive le potenzialità derivanti dall’applicazione di affermate tecniche e metodologie ICT nell’ambito dell’indagine di siti archeologici. Queste metodologie sono organizzate in una architettura di sistema informativo adeguato a supportare l’attività dell’archeologo per la ricerca, la didattica e la fruizione. L’architettura proposta cerca di estendere le potenzialità d’uso delle metodologie di analisi non distruttiva, delle tecniche di ricostruzione di geometrie di reperti, e delle tecniche di prototipazione rapida per la manifattura di reperti, utilizzati principalmente nella diagnosi e restauro di beni culturali, ad ambiti più estesi quali l’analisi stratigrafica archeologica. L’architettura si basa sugli strumenti software ed ambienti di sviluppo sperimentati nel Progetto Laboratorio Avanzato per la Progettazione e la Simulazione al Calcolatore

The Klein Bottle: Variations on a Theme

opposite sides identified in the sense of the arrows. The Klein bottle (K in the following) is a topological object that can be defined as the closed square[0, 2π]×[0, 2π] with the opposite sides identified according to the equivalence relatio

Rapid prototyping from fast contactless 3d reconstruction (FC3DR) device

This document illustrates a method for manufacturing geometries acquired by contactless 3d reconstruction device FC3DR. The reconstructed geometries are printed by Fused Deposition Modelling (FDM) Rapid Prototyping techniques. A sample model reconstructed by FC3DR device has been built and the pipeline of the whole FDM RP process is discussed

Inverting beauty

In this paper we give a simple application of spherical inversion, the most elementary among the non elementary geometric transformations, and of some of its generalizations. The principal motivation was an attempt to increase the interest for mathematics in high school students by proposing an easy but mathe- matically rigorous technique for creating new images, new shapes and, by means of 3D printing, new nice material objects. Also in order to put once again in evidence the possibility that mathematics can have something in common with Nature and the Arts. Amongst the generalizations of inversion (see [Bl], [H], [Ep], [S1]) , we find ideally more close to our point of view the hyperbolic inversion due to G. V. Schiaparelli1, an important Italian astronomer not as much known as a geometer, who in [S2], in 1898, tried to represent organic forms and the change from one species to another through geometr

Tutorial on rapid prototyping manufacturing lumen vessel by open cascade

This document is the tutorial program for Splinetor. Using this tutorial a programmer with basic experience in C++ will be able to use Open Cascade to build a valid Boundary representation starting from the carotid segmented lumen, generated by the segmentation tool. Such a BRep solid can be interactively inspected by the program Sample, the visualization tool