利用计算机辅助设计技术,逆向工程技术和有限元分析技术针对锁定型接骨板固定股骨干骨折的生物力学特性进行了研究。分析了接骨板长度,螺钉数量以及螺钉分布对接骨板的变形和应力的影响规律。研究结果表明接骨板的长度对内固定系统的力学性能有显著影响,长接骨板的安全性高于短接骨板;接骨板在骨折断口上侧的变形较大,而且最大值位于距断口最近的螺钉孔处;骨折断口两侧距断口最近的螺钉对接骨板系统的变形和应力的影响远高于其他螺钉,断口上侧的螺钉的应力值比下侧的应力值大,疲劳断裂的可能性更大;对于锁定型接骨板固定股骨干骨折的治疗方案,双皮质长螺钉和单皮质短螺钉的差别不明显。

针对挤出式FDM 3D打印喷头结构进行优化设计。采用数值模拟方法,建立了喷头有限元分析模型,分析了不同的加热套材料、不同加热棒数量、不同材料腔直径对喷头温度分布的影响规律,确定了优化的结构,并制作挤出式FDM3D打印喷头。用红外热像仪对喷头温度分布进行了测量,喷嘴处实测温度和模拟温度偏差为0.59℃,推杆与材料腔的配合间隙在预测范围之内。在150℃加热条件下采用PCL(聚己内酯)颗粒材料进行挤出测试,出丝过程连续、均匀、推杆上下运动灵活、材料腔内没有材料溢出,推杆及材料腔的配合间隙满足设计要求。

为了研究在激光熔覆过程中不同的扫描方式对薄壁圆筒变形的影响,实验通过在熔覆过程中利用传感器测量指定位置的动态变形过程和三坐标测量最终变形数值的方式,分析圆筒不同点位数值变化和熔覆圆筒自由端面的形变情况。结果表明,在单向熔覆扫描方式中,平行轴扫描径向整体变形小于周向扫描,轴向变形是圆周扫描的1/5。连续扫描中周向扫描的径向变形靠近自由端变形大于平行轴扫描,远离自由端变形小于平行轴扫描,轴向最终变形程度比平行轴大28.5%。周向扫描的方向性对于轴向上的变形无明显差别,主要区别在径向上的变形。该研究结果对熔覆在薄壁圆筒件上的变形具有一定的参考意义。

为了研究成型温度对3D打印人工神经导管工艺精度影响,利用FDM式3D打印机,在不同温度下进行人工多通道周围神经导管的制备。通过对实验中挤出材料的温度变化进行采集分析,并利用显微镜对成型的人工神经导管进行外观形貌分析,观察并测量了管壁的缝隙壁厚、线宽、表面质量等。实验结果表明丝材挤出后,距针头出口距离小于0.5mm时材料温度下降(8~26)℃之间,当温度控制器设定在(120~160)时挤出材料在芯轴上冷却到PCL熔点的时间在(0.6~0.8)s之间,(130~160)℃区间时打印的神经导管壁厚平均值在最小范围且趋势更加平滑稳定,单层神经导管横截面呈显圆滑外轮廓,相邻圈间无缝融合,当温度小于160℃时管壁外表面最高点与最低点平均值差值小于60μm神经导管成型精度好。因此得出(130~160)℃区间适合打印,实验一般选用145℃。

这里研究了FDM式3D打印PLA/HA复合材料的力学性能。以羟基磷灰石(HA)在聚乳酸(PLA)基体中的含量分别为0,5%,10%,20%和30%的PLA/HA复合材料丝材作为实验原料,使用FDM式3D打印机以往复扫描和交叉扫描两种3D打印扫描方式分别打印具有不同HA含量的拉伸和三点弯曲试件,然后对试件进行力学性能测试。结果表明,采用交叉扫描方式打印,且HA含量为10%时,试件的抗拉强度最大,为54.90MPa。采用往复扫描方式,HA含量为10%时,试件的抗弯强度最大,为96.32MPa。在HA含量相同条件下,采用往复扫描方式制备试件的抗弯强度总是高于交叉扫描方式制备试件的抗弯强度。

提出一种静电纺丝和3D打印结合制备神经导管的新方法,其中对3D打印法制备多通道神经导管的工艺进行了研究。设计正交试验分析了3D打印参数对打印线高线宽及打印质量的影响主次关系,得到了多通道神经导管的3D打印最优参数,在最优参数下,通过静电纺丝和3D打印结合的方法制备了多通道神经导管。结果表明喷头内径0.25mm、扫描速度6mm/s和送料速比0.004为最优参数,且通过分析对线高线宽影响最大的是送料速比,其次是喷头内径,最后是扫描速度;而对均匀度影响最大的是送料速比,其次是扫描速度,喷头内径对偏差的影响最小。

脊椎融合术中使用的传统椎间融合器是批量化生产的标准化产品,可能会导致植入的椎间融合器上下表面不能与相邻椎体的上下终板良好匹配。文中根据患者的CT数据设计了定制化的颈椎椎间融合器,椎间融合器的上下表面可与相邻椎体的上下终板良好的接触。针对1.5mm,2.5mm,3.5mm三种壁厚的椎间融合器进行了有限元分析,结果表明三种壁厚椎间融合器的最大应力都小于椎体皮质骨和聚醚醚酮(PEEK)材料的屈服强度。采用3D打印的方法制备了三种壁厚的PEEK试样进行压缩实验,结果表明三种壁厚的试样都能满足承载要求。壁厚1.5mm时,植骨孔的横截面积比壁厚2.5mm和3.5mm分别大20.2%,49.8%,适于制备椎间融合器。

这里采用熔融沉积式(FDM)3D打印机进行人工神经导管的制备,通过对成型的人工神经导管的管壁的缝隙、壁厚、线宽及表面质量等外观形貌进行分析,研究了送丝速率、芯轴转动速率、喷嘴移动速度的配比关系对人工神经导管成型精度的影响,得到了优化的工艺参数设定区间。在打印直线通道时送丝速率与喷嘴速度在配比i1范围在1001~5001时出丝正常,线高线宽变化平稳。在打印螺旋线管壁时,喷头的移动速率与主轴的转动速率间的相互匹配关i2主要影响出丝线宽。在i2=114~120时出丝线宽均匀,其在打印管壁时达到无缝融合;送丝速率与喷头移动速度i3的匹配关系主要影响神经导管的壁厚,i3=181~351壁厚逐渐减小,且避免了由于挤出材料过多致使在打印过程中形成了材料堆积,螺线管的外表面质量较差,厚度不均匀等现象。结果表明在上述参数范围内可以加工出的人工神...

激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，与其他常用的表面工程技术相比，具有涂层结合性能好、热影响区小、可控性高等独特优势，已成为了一种重要的再制造技术，并在矿山、冶金、化工、能源等领域关键零件的再制造中得到了成功的应用。镍基合金粉末因具有很好的耐磨性、耐蚀性、抗热疲劳性等特点，是在再制造工程中应用十分广泛的表面强化涂层材料。对激光熔覆再制造中利用镍基合金材料进行修复的重要工艺参数、材料、缺陷控制等方面的研究进展进行了综述分析，并对今后的发展趋势进行了展望。

将逆向工程与3D打印技术相结合,研究了用于治疗肱骨头缺损的定制化骨水泥替代物模具的设计与制备方法。对一位肱骨头缺损的患者通过CT扫描获得患侧与健侧的肱骨数据,在医学图像处理软件中重构出两侧肱骨的三维模型,并根据人体的对称性、相似性的特点,将患者健侧肱骨头的三维数据以矢状面为对称平面进行镜像处理,替代患侧缺损肱骨头的三维模型。在逆向工程软件中利用镜像替代后的三维模型,通过布尔运算求差的方式设计出内部型腔为肱骨头形状的定制化模具,并选择合适的剖分面将模具分为三个部分。在手术中利用3D打印的模具成功制备了混有抗生素的骨水泥替代物,术后6个月的随访结果表明骨水泥植入物位置良好、患者的肩功能已有明显改善。