Практикум по проектированию 3D-моделей изделий медицинского назначения (медико-инженерное направление)

Москва  2020

Минис терс тво науки и высш его о б ра з о ва н и я рФ

ФеДераЛЬное госуДарственное автоноМное образоватеЛЬное уЧреЖДение 
высшего образования 
«наЦионаЛЬныЙ иссЛеДоватеЛЬскиЙ теХноЛогиЧескиЙ университет «Мисис»

институт новыХ МатериаЛов и нанотеХноЛогиЙ 
 
Центр профессиональной навигации и приема

Проект «Инженерный класс в московской школе»

№ 4299

В.А. Львов

Практикум По Проектированию 
3D-моделей изделий  
медицинского назначения 
(медико-инженерное направление)

Методические указания

рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

УДК [62-61+621.892]  
 
Л89

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. В.В. Зотов

Львов В.А.
Л89  
Практикум по проектированию 3D-моделей изделий 
медицинского назначения (медико-инженерное направление) : 
метод. пособие / В. А. Львов. – М. : Изд. Дом НИТУ 
«МИСиС», 2020. – 26 с.

Пособие содержит методические рекомендации по проектированию 
и исследованию 3D-моделей изделий медицинского назначения, 
в частности имплантатов, используемых в ортопедии. Практикум 
содержит уроки и упражнения, позволяющие освоить навыки проектирования 
и исследование различных вариантов 3D-моделей им-
плантатов в среде Autodesk Fusion 360. Успешное изучение данных 
упражнений и уроков позволит развить у слушателя навыки работы 
со специализированной CAD-системой, анализа поведения импланта-
тов в результате воздействия внешних факторов. 
Методические указания предназначены для учеников московских 
школ, которые проходят обучение на элективных курсах в рамках 
городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской 
школе», а также рекомендованы выпускникам инженерных 
классов для подготовки к предпрофессиональному экзамену по направлению «
Медико-инженерное».

УДК [62-61+621.892] 

 В. А. Львов, 2020
 НИТУ «МИСиС», 2020

Содержание

Урок 1. Создание модели имплантата в форме цилиндра ...... 4
Упражнение 1 .............................................................. 4
Упражнение 2 .............................................................. 9
Упражнение 3 .............................................................. 9
Упражнение 4 .............................................................10
Урок 2. Создание имплантата в форме конуса ................... 11
Упражнение 5 .............................................................11
Упражнение 6 .............................................................15
Упражнение 7 .............................................................15
Урок 3. Создание имплантата сложной формы ................. 16
Упражнение 8 .............................................................16
Упражнение 9 .............................................................18
Урок 4. Проведение испытаний на сжатие  
в среде Simulation ........................................................ 19
Упражнение 10 ............................................................19
Упражнение 11 ............................................................19
Урок 5.Внесение изменений в 3D-модель ......................... 24
Упражнение 12 ............................................................24
Упражнение 13 ............................................................25
Упражнение 14 ............................................................25
Упражнение 15 ............................................................25

Урок 1.  
Создание модели имплантата  
в форме цилиндра

В данном уроке используются следующие функции и ко-
манды:
 •
функция Create Sketch, чтобы создавать эскизы;
 •
команда Center Diameter Circle, чтобы создавать окружности; 
 •
команда Sketch Dimension, чтобы изменять/добавлять разме-
ры части эскизов;
 •
команда Offset, чтобы копировать/масштабировать части 
эскизов; 
 •
команда Tangent Plane, чтобы создавать плоскости на изогну-
той поверхности;
 •
команда Center to Center Slot, чтобы создавать пазы; 
 •
команда Rectangular Pattern, чтобы создавать линейный мас-
сив частей эскиза;
 •
команда Extrude, чтобы создавать 3D-модель, а также созда-
вать отверстия. 

Упражнение 1

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения 
в виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде пазов 
(3 шт.) и окружностей (2 шт.) согласно следующим размерам:
 •
диаметр внутреннего круга модели – 22 мм; 
 •
диаметр внешнего круга – 24 мм; 
 •
высота модели – 15 мм;
 •
расстояние между точками паза – 4 мм; 
 •
диаметр паза – 2 мм; 
 •
расстояние между пазами – 10 мм;
 •
диаметр окружности – 4 мм; 
 •
расстояние между окружностями – 5 мм.

Создание 3D-модели цилиндра. Шаги:
 •
нарисуйте круг, которой станет основой для цилиндра (рису-
нок 1.1):
 
○
нажмите Solid > Create > Create Sketch и выберите пло-
скость XZ. Затем нажмите Sketch > Create > Center 
Diameter Circle;

○
наведите курсор в начало (центр) эскиза. Курсор автома-
тически прикрепится к данной точке. Щелкните один раз, 
чтобы начать рисовать круг;
 
○
уведите указатель в сторону, чтобы начать рисовать круг 
(не заботьтесь о размере круга сейчас, позже мы добавим 
размер). Щелкните еще раз, чтобы закончить круг (нажми-
те ESC для выхода из команды);

Рисунок 1 – Эскиз круга, нарисованный  
на плоскости XZ

 •
измените размер круга: 
 
○
нажмите Sketch > Create > Sketch Dimension. Нажмите на 
грани круга, чтобы выбрать его;
 
○
щелкните еще раз в любом удобном месте, чтобы разме-
стить размер, и напишите 24 мм. Затем нажмите Enter (ри-
сунок 2);

Рисунок 2 – Круг с заданным размером (24 мм)

•
скопируйте круг и измените его масштаб (рисунок 3):
 
○
нажмите Sketch > Offset для создания копии и масштаби-
рования круга. Затем выберите грань круга;
 
○
в диалоговом окне напишите значение –2 мм , затем на-
жмите Enter. Нажмите Sketch > Finish Sketch, чтобы за-
кончить эскиз (нажмите Home View рядом с Кубом Видов, 
чтобы увидеть эскиз в удобной ориентации);

Рисунок 3 – Скопированный круг с измененным мас-
штабом

 •
создайте 3D-модель из полученного эскиза:
 
○
нажмите Solid > Extrude. Выберите зону, которая нахо-
дится между кругами. Рядом отобразится диалоговое окно 
Extrude;
 
○
потяните за голубую стрелку, пока вы не достигнете 15 мм, 
затем нажмите OK в окне Extrude (рисунок 4).

Рисунок 4 – 3D-модель цилиндра

Создание отверстий в цилиндре. Шаги:
 •
создайте первую дополнительную плоскость на грани цилин-
дра:
 
○
нажмите Solid > Construct > Tangent Plane. Выберите 
грань цилиндра. Рядом появится боковое меню Tangent 
Plane, затем в диалоговом окне нажмите OK;
 •
создайте вторую дополнительную плоскость на грани цилин-
дра: 
 
○
нажмите Solid > Construct > Tangent Plane. Выберите 
грань цилиндра. Рядом появится боковое меню Tangent 
Plane, затем в диалоговом окне Tangent Plane нажмите 
OK;
(3D-модель цилиндра с дополнительными плоскостями 
показана на рисунке 5).

Рисунок 5 – 3D-модель цилиндра с дополнительными 
плоскостями

 •
нарисуйте эскиз отверстий в виде пазов на первой дополни-
тельной поверхности:
 
○
нажмите Solid > Create > Create Sketch;
 
○
выберите первую дополнительную поверхность цилиндра 
в качестве основы для эскиза. Затем нажмите Sketch > Cre-
ate > Slot > Center to Center Slot;
 
○
выберите первую точку для создания отверстий, щелкнув 
один раз (расположение первой точки может быть произ-
вольным). Задайте расстояние до второй точки 4 мм, после 
чего щелкните еще один раз и задайте диаметр паза 2 мм; 
 •
создайте линейный массив пазов: 
 
○
нажмите Sketch > Create > Rectangular Pattern. Рядом по-
явится диалоговое окно Rectangular Pattern; 

○
выберите все элементы паза, затем потяните вниз за синюю 
стрелку, которая направлена вверх, пока не достигните 
расстояния –10 мм;
 
○
в диалоговом окне Rectangular Pattern нажмите ОК. На-
жмите Sketch > Finish Sketch;
 •
создайте отверстия в цилиндре в виде пазов (рисунок 6):
 
○
нажмите Solid > Extrude. Появится диалоговое окно Ex-
trude. Выберите каждый паз, затем потяните за голубую 
стрелку сквозь весь цилиндр, затем в диалоговом окне Ex-
trude выберите Extent > All (обратите внимание, что в Op-
eration должно быть выбрано Cut);
 
○
нажмите OK в диалоговом окне Extrude, чтобы закончить 
создание отверстий;

Рисунок 6 – 3D-модель цилиндра с отверстиями в 
виде пазов на первой дополнительной плоскости

 •
нарисуйте эскиз отверстий в виде кругов на второй дополни-
тельной поверхности:
 
○
нажмите Solid > Create > Create Sketch. Выберите вторую 
дополнительную поверхность в качестве основы для эски-
за;
 
○
нажмите Sketch > Center Diameter Circle. Создайте круг 
диаметром 4 мм, расположив его между пазами, созданны-
ми в предыдущем упражнении;
 
○
нажмите Sketch > Create > Rectangular Pattern. Рядом 
появится диалоговое окно Rectangular Pattern. Выбери-
те круг щелчком мыши, затем потяните вниз за стрелку, 
которая направлена вверх, пока не достигните расстояния 
–5 мм. Затем измените число копий на 2 в окне справа;

○
в диалоговом окне Rectangular Pattern нажмите ОК, затем 
Нажмите Sketch > Finish Sketch;
 •
создайте круглые отверстия в цилиндре (рисунок 7):
 
○
нажмите Modify > Extrude. Появится диалоговое окно Ex-
trude;
 
○
выберите каждый круг. Потяните за голубую стрелку 
сквозь весь цилиндр; 
 
○
в диалоговом окне Extrude выберите Extent > All. Нажми-
те OK в диалоговом окне Extrude, чтобы закончить созда-
ние отверстий;
 
○
нажмите File > Save > Lesson 1.

Рисунок 7 – 3D-модель цилиндра с отверстиями в 
виде пазов и окружностей

Упражнение 2

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в 
виде цилиндра согласно следующим размерам:
 •
диаметр внутреннего круга модели – 10 мм; 
 •
диаметр внешнего круга – 11 мм; 
 •
высота модели – 80 мм.

Упражнение 3

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения 
в виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде пазов 
(4 шт.) и окружностей (3 шт.) согласно следующим размерам:
 •
диаметр внутреннего круга модели – 9 мм; 
 •
диаметр внешнего круга – 10 мм; 
 •
высота модели – 70 мм;

•
расстояние между точками паза – 5 мм; 
 •
диаметр паза – 4 мм; 
 •
расстояние между пазами – 15 мм;
 •
диаметр окружности – 5 мм; 
 •
расстояние между окружностями – 20 мм.

Упражнение 4

Спроектировать модель имплантата кольцевого сечения в 
виде цилиндра с дополнительными отверстиями в виде окруж-
ностей (4 и 3 шт.) согласно следующим размерам:
 •
диаметр внутреннего круга модели – 22 мм; 
 •
диаметр внешнего круга – 26 мм; 
 •
высота модели – 50 мм;
 •
диаметр окружности – 4 мм; 
 •
расстояние между окружностями – 12 мм;
 •
диаметр окружности – 3 мм; 
 •
расстояние между окружностями – 12,5 мм.

Урок 2.  
Создание имплантата в форме конуса

В данном уроке используются следующие функции и ко-
манды:
 •
функция Create Sketch, чтобы создавать эскизы на гранях 
3D-моделей;
 •
команда Ellipse, чтобы создавать эллипсы;
 •
команда Offset Plane, чтобы создавать дополнительные пло-
скости;
 •
команда Loft, чтобы создать 3D-модель, а также создавать от-
верстия.

Упражнение 5

Спроектировать модель имплантата эллипсоидного сече-
ния в виде конуса с дополнительными отверстиями в виде пазов 
(6 шт.) и окружностей (5 шт.) согласно следующим размерам:
 •
размеры эллипса в основании модели – 30×20 мм и 28×18 мм; 
 •
размеры эллипса в вершине модели – 25×15 мм и 23×13 мм; 
 •
высота модели 60 мм;
 •
расстояние между точками паза – 10 мм; 
 •
диаметр паза – 4 мм; 
 •
расстояние между пазами – 50 мм;
 •
диаметр окружности – 4 мм; 
 •
расстояние между окружностями – 40 мм.

Создание 3D-модели конуса. Шаги:
 •
начните рисовать эллипс, которой станет основой для конуса:
 
○
нажмите Solid > Create > Create Sketch и выберите пло-
скость XZ. Нажмите Sketch > Create > Ellipse;
 
○
начните рисовать эллипс из центра координат. Для этого 
задайте размеры эллипса: 30 мм по горизонтали и 20 мм 
по вертикали. Для изменения размеров эллипса можно ис-
пользовать команду Sketch Dimension (см. урок 1, упраж-
нение 1);
 
○
нажмите Sketch > Finish Sketch;
 •
создайте дополнительную горизонтальную плоскость:
 
○
нажмите Solid > Construct > Offset Plane. Рядом появит-
ся диалоговое окно Offset Plane, после чего выберите пло-
скость XZ;