Компьютерное моделирование изделий медицинского назначения

Москва  2021

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»

ЦЕНТР ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ И ПРИЕМА 
 
ПРОЕКТ «ИНЖЕНЕРНЫЙ КЛАСС В МОСКОВСКОЙ ШКОЛЕ»

В.А. Львов

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ  
ИЗДЕЛИЙ МЕДИЦИНСКОГО  
НАЗНАЧЕНИЯ

Методические указания

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4577

УДК 004.922 
 
Л89

Р е ц е н з е н т 
канд. физ.-мат. наук, доц. Е.А. Новикова

Львов, Владислав Александрович.
Л89  
Компьютерное моделирование изделий медицинского 
назначения : метод. указания / В.А. Львов. – Москва : 
Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 56 с.

Методические указания содержат рекомендации по проектированию и исследованию 3D-моделей изделий медицинского назначения, 
в частности имплантатов, используемых в ортопедии. Предлагаемые 
уроки и упражнения позволяют освоить основы проектирования и 
исследования различных вариантов 3D-моделей имплантатов в среде 
Autodesk Fusion 360, развить навыки работы со специализированной 
CAD-системой, научиться анализировать поведение имплантатов в 
результате воздействия внешних факторов. 
Предназначены для учащихся московских школ в рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс в московской 
школе».

УДК 004.922

 В.А. Львов, 2021
 НИТУ «МИСиС», 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Знакомство с Autodesk Fusion 360 ..................................... 6
1.1. Общие сведения ........................................................ 6
1.2. Рабочие области – Workspaces .................................... 9
1.3. Рабочая область Design .............................................. 9
1.4. Контекстная вкладка Sketch ....................................... 9
1.5. Контекстная вкладка Solid ....................................... 10
1.6. Fusion 360 Simulation .............................................. 10
1.7. Меню маркировки – Marking Menu ............................ 11

2. Эскизы – Sketch ............................................................ 12
2.1. Создание и редактирование эскизов ........................... 12
2.2. Копирование эскизов ............................................... 12
2.3. Копирование элементов эскиза в эскизе ..................... 13
2.4. Копирование элементов эскиза в другой эскиз ............. 14
2.5. Работа с инструментами эскиза ................................. 15
2.5.1. Построение линий – Line .................................... 15
2.5.2. Построение дуги – Arc ....................................... 16
2.6. Построение прямоугольников  
по двум точкам – 2-point rectangles .................................. 16
2.7. Построение окружностей – Circle .............................. 17
2.7.1. Построение окружностей с центральным  
диаметром – Center Diameter Circle .............................. 17
2.7.2. Построение окружности по двум точкам –  
2-Point Circle ............................................................. 18
2.8. Построение эллипсов – Ellipse .................................. 18
2.9. Зеркальное отражение элементов эскиза .................... 19
2.10. Создание прямоугольных массивов –  
Rectangular patterns ...................................................... 19
2.11. Создание круговых массивов –  
Circular patterns ........................................................... 20
2.12. Размеры и ограничения эскиза –  
Sketch dimensions and constrains ..................................... 20
2.12.1. Определение размеров эскиза –  
Sketch dimension ........................................................ 20
2.12.2. Редактирование размеров ................................. 20
2.12.3. Создание измерений со ссылкой  
на существующие измерения ....................................... 21

3. Твердотельное моделирование – Solid .............................. 22
3.1. Принципы создания твердых тел на основе эскизов 
или плоскостей ............................................................. 22
3.1.1. Команда Extrude ............................................... 22
3.1.2. Команда Revolve ............................................... 23
3.1.3. Команда Sweep ................................................. 23
3.1.4. Команда Loft .................................................... 23
3.2. Отверстия и резьбы – Holes and threads ...................... 24
3.2.1. Команда Hole .................................................... 24
3.2.2. Команда Thread ................................................ 24
3.3. Команды Patterns ................................................... 24
3.3.1. Прямоугольный массив (Rectangular Pattern) ....... 25
3.3.2. Круговой массив – Circular Pattern ...................... 25
3.3.3. Массив по контуру – Pattern on Path .................... 26

4. Fusion 360 Simulation .................................................... 27
4.1. Задачи, выполняемые Fusion 360 Simulation............... 27
4.1.1. Этапы проведения исследований в Fusion 360 
Simulation ................................................................ 27
4.1.2. Рекомендации для проведения исследований 
в Fusion 360 Simulation ............................................... 28
4.2. Пользовательский интерфейс Fusion 360 Simulation .... 28
4.2.1. Браузер Fusion 360  
Simulation ................................................................ 29
4.2.2. Особенности браузера Fusion 360  
Simulation ................................................................ 29
4.3. Панель инструментов Fusion 360 Simulation ............... 31
4.4. Типы исследований в Fusion 360 Simulation ................ 33
4.5. Примеры исследований Static Stress .......................... 34

Урок 1. Создание модели имплантата в форме цилиндра ........ 35
Упражнение 1 .............................................................. 35
Упражнение 2 .............................................................. 41
Упражнение 3 .............................................................. 41
Упражнение 4 .............................................................. 41

Урок 2. Создание имплантата в форме конуса ....................... 42
Упражнение 5 .............................................................. 42
Упражнение 6 .............................................................. 46
Упражнение 7 .............................................................. 46

Урок 3. Создание имплантата сложной формы ..................... 47
Упражнение 8 .............................................................. 47
Упражнение 9 .............................................................. 49

Урок 4. Проведение испытаний на сжатие  
в среде Simulation ............................................................ 50
Упражнение 10 ............................................................. 50
Упражнение 11 ............................................................. 51
Упражнение 12 ............................................................. 54
Упражнение 13 ............................................................. 54

Библиографический список ............................................... 55

1. ЗНАКОМСТВО  
С AUTODESK FUSION 360

1.1. Общие сведения

Твердотельное моделирование прошло несколько этапов развития геометрического представления физических моделей или 
концепций дизайна, разрабатываемых в процессе инженерного 
проектирования. Первая каркасная модель была спроектирована в лаборатории Массачусетского технологического института 
(MIT) в начале 1960-х годов. В это же время компания General 
Motors разработала автоматизированный компьютерный дизайн 
(DAC-1), первую серийную интерактивную графическую систему. Постепенно развиваясь, поверхностное моделирование стало 
широко применяться к концу 1960-х годов. В период между началом 1970 и серединой 1980 года получило свое развитие твердотельное моделирование, функциональное моделирование, а в 
конце 1980-х годов – параметрическое моделирование. В дальнейшем теория параметрического твердотельного моделирования стала основой САПР для поддержки инженерного проектирования. Хорошо известно, что наиболее значительное развитие 
твердотельного параметрического моделирования произошло в 
середине 1990-х годов, когда основные инструменты САПР стали доступны в персональных компьютерах, что позволило конечным пользователям в средних и малых компаниях иметь возможность переносить проекты с чертежной доски в цифровую 
форму.
Сегодня в основных CAD-системах, в том числе в Autodesk 
Fusion 360, используются методы параметрического моделирования с интерактивным пользовательским интерфейсом. Изучим интерфейс Autodesk Fusion 360, чтобы узнать расположение 
всех инструментов программного комплекса, прежде чем начать 
проектирование. Основная рабочая область Autodesk Fusion 360 
представлена на рис. 1.
Рассмотрим подробнее интерфейс Autodesk Fusion 360.
1. Data Panel: Доступ к командам, проектам, управление данными проектирования и совместная работа с другими пользователями.