逆向工程与快速制造技术在人工假体上的应用

利用逆向工程技术,对人体股骨进行了反求设计,完成了股骨的CAD模型;基于Pro/E设计环境,采用自顶向下的设计方法进行了人工假体的详细设计;采用FDM2000原型机制造出假体实验验证模型,实现了股骨假体的逆向到原型的设计与快速制造;综合评定制造模型精度合理,可以为后续工程分析提供参考。结果表明,逆向工程与快速原型制造技术综合应用,对人体运动功能的修复、提高诊断和手术水平、缩短时间、节省费用都有显著意义。     

定制髋关节假体数字化设计与制造技术研究

针对人体的髋关节具有个性化特征以及传统假体与股骨匹配后力传递不稳定等问题,对人体髋关节假体数字化设计、有限元力传递分析、基于机器人磨削的数字化加工进行了研究,提出了在设计、仿真和加工过程中将髋关节假体模型统一的方法,实现了定制式假体数字化设计、有限元力传递的分析和机器人磨削加工的一体化,初步建立了髋关节假体的数字化设计与制造、产品生命周期的服务模型,为数字化设计与制造技术在髋关节假体等骨科植入物中的应用建立了基础。实验结果表明:采用机器人数字化磨削加工定制式假体,保持机器人软件空间与实际工作空间一致,可以有效提高假体的制造精度,实现假体与股骨髓腔的最优匹配。     

人工全髋关节置换术术前数字化测量系统设计

人工全髋关节置换术是髋关节恢复结构和功能的常用且有效的手段之一.目前传统的术前设计中,医生主要借助患者的X-ray摄片以及关节公司提供的关节假体胶片模板进行全髋关节置换的术前设计.由于这种设计方法无法提供可以保存和共享的数据,因此,该方法不能为术前、术后的比对和评估提供依据.尝试综合应用计算机软件技术、数据库技术和图形学技术,研究并开发一个数字化的针对全髋关节置换术前设计的测量软件.运用该软件,可以帮助医生完成术前患者解剖参数的测量、不同假体厂商的假体型号的选择以及最终的手术方案的制定.该软件在临床的应用也有助于医生将假体安装在符合人体生物力学的位置上,从而,纠正手术引起的下腰痛和双下肢不等长等并发症.此外,该系统可以为术后的评估提供依据.     

DLF与SLM激光快速成型方法的比较研究

分别采用激光直接制造(DLF)技术和选择性激光熔化(SLM)技术对不锈钢材料进行一系列的激光快速成型实验,根据实验结果,对比分析DLF和SLM两种方法在成形机理、成型精度、成型效率、适用场合、成型件的力学性能和组织结构等方面的异同。结果表明,SLM技术的成型精度要优于DLF技术;两者成型件都具有较高的力学性能,均优于普通不锈钢;SLM与DLF成型件组织性能基本相同;如果切片层厚相同,SLM的成型效率高于DLF;DLF主要用于粗加工或零件修复等场合,而SLM可用于精密、复杂零件的制造。     

基于FDM成型工艺的3D打印机的创新设计

3D打印是一种增加型制造，通过数字建模等方式获取扫描数据，基于数据将打印产品分割成截面，将这些截面逐层堆积成型。FDM工艺生产简单，操作安全，基本无污染，可打印材料种类多，且成型速度较快，精度较好，制造成本较低，因此FDM是3D打印成型技术中普及率最高的。为提高其打印质量与精度，对打印装置整机设计及其工艺参数的影响进行研究，主要根据市场上现有FDM成型工艺的3D打印机的机型与结构提出整体设计，完成装机后对创新设计的3D打印机采用正交实验进行工艺参数测试，得出该设计的最优工艺参数组合。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

选区激光熔化成形质量研究

选区激光熔化(SLM)是3D打印技术的一种,能够直接打印出几乎任意形状的高精度金属零件,是具有巨大应用前景的金属增材制造技术之一。文章阐述了选区激光熔化(SLM)技术原理,分析了其特点,归纳总结了SLM技术成形件表面质量、尺寸精度的研究现状,并对其发展进行了展望。     

机器人辅助膝关节置换术的术前规划研究综述

膝关节置换术是治疗严重膝关节病变的骨科手术,进行胫骨和股骨病变部位的截骨操作并用人工假体替换,实现缓解膝关节病人疼痛和恢复患者膝关节功能。机器人辅助膝关节置换术的术前规划,根据患者膝关节的CT或MRI扫描图像,基于逆向工程技术重建患膝的三维数字化模型,在三维可视化软件导航下,进行股骨和胫骨截骨平面确定,为医生确定最佳手术方案、辅助医生完成精准的手术操作提供三维可视化界面。综述机器人辅助膝关节置换术的术前规划系统,包括关节三维模型重建、假体设计及术前预植入、下肢生物力线测量、植入假体关节生物力学分析等,阐述了国内外术前规划的研究现状及关键技术,分析了机器人辅助关节置换术的术前规划技术发展趋势。     

基于3D打印技术的主泵试验用叶轮研制

为提高核电站主泵性能试验用缩比叶轮的制造质量,缩短制造周期,开展了利用金属3D打印技术进行试验叶轮制造的研究。基于叶轮结构和不同3D打印成形工艺的特点,选择SLM技术作为主泵试验用叶轮的3D打印方案,完成主泵试验用叶轮3D打印模型的设计及成形技术参数的设置,经过试验验证确定主泵试验叶轮的金属3D打印成形工艺,并成功打印出316L材料的主泵试验用缩比叶轮。结果表明,利用金属3D打印技术制造的叶轮,其产品质量及力学性能指标满足试验用叶轮的设计要求,有效缩短了制造周期。     

基于STL的股骨快速原型制造

讨论了由CT数据生成人体骨骼快速原型模型STL文件的技术路线 ,构造了人体股骨的实体模型 ,通过与快速成型制造系统之间的数据交换 ,制造了具有完整解剖特征的人体股骨模型。     

制造工程技术与制造科学(一)

发展先进的制造工程技术，需要制造科学的支持。论述了当代制造工程技术的特点。探讨了世纪之交制造业内外正在发生的主要变化。阐述了今日制造工程学科面对的挑战。回顾了制造科学的历史发展。探讨了制造科学的研究现状。介绍了制造科学研究的两项成果。     

云制造环境中的虚拟制造单元

为实现云制造环境下制造资源的灵活配置和制造能力的按需匹配,提出云制造环境中的虚拟制造单元（VMU-CM）和云制造环境中的虚拟制造中心（VMC-CM）,基于VMC-CM给出了产品的制造过程。对云制造环境下制造资源、制造能力的特点进行分析,对制造资源和制造能力进行具体分类,给出了VMU-CM的结构和构造流程,根据制造任务设定VMU-CM的信息,构造从事各类制造活动的VMU-CM。通过生产过程、组织结构和对外服务信息,将各类VMU-CM整合起来构建VMC-CM。将VMC-CM的制造能力信息封装为制造服务接入制造服务中心,实现了＂制造资源—制造能力—制造服务＂的制造资源虚拟化过程。通过VMU-CM和VMC-CM的部分理论在面向集团企业的云制造平台的制造能力标准制定和制造服务中心构建中的应用,证明了所提理论的可行性。     

基于增减材制造的复合加工技术研究

基于增减材制造的复合加工技术融合了增材制造(RP技术)和减材制造技术优势,具有高精度、高效率、高自动化的特点,但国内外针对该技术开展的研究较少。详细阐述了基于增减材制造的复合加工技术原理及特点,并系统分析了国内外基于增减材制造的复合加工技术最新研究进展,最后指出其发展方向。     

21世纪的先进制造模式——服务型制造

分析了世界制造业变革的新趋势，提出了适应制造和服务相融合趋势的先进制造模式——服务型制造。相比于传统制造模式，服务型制造模式具有整合、增值和创新等新特点。在分析中国制造业发展面临的问题基础上，提出发展服务型制造有助于提高中国制造企业的竞争力，促进制造业结构升级和区域经济的均衡发展。最后，指出了服务型制造研究中亟待解决的新问题。     

敏捷制造模式下的单元化制造

分析对生产组织和运行的要求，提出敏捷制造的组织和运行方式。在物理上，系统中的共享制造资源要按照成组技术进行组织和布局，而在生产组织上则要面向订单进行，对每一订单都要构成相应的虚拟单元（车间），它们具有自治性，在管理上，需要一种协调机制，来协调这些自治单元（车间）对公用的制造资源的分享。     

关于制造业的可持续发展问题

分析了制造业可持续发展的社会背景和迫切性、可行性;提出了网络化制造、智能制造和绿色制造等可持续发展的三个方向,并对目前我国制造业可持续发展提出了建议。     

关于制造业的可持续发展问题

分析制造业可持续发展的社会背景和迫切性、可行性,介绍网络化制造、智能制造、绿色制造等可持续发展的三个方向,并对目前我国制造业可持续发展提出了建议。     

敏捷制造模式下制造单元重构技术研究

为了实现敏捷制造环境下异地分布资源的优化组合，分析了敏捷制造系统构建中设备间运输工件的时间成本、异地管理的额外成本以及制造资源多样性造成的多种可行工艺路径方案等多种因素，提出了敏捷制造系统的构建模型，并由此给出了以制造总成本最小为目标函数的敏捷制造单元重构数学模型，提出了敏捷制造系统构建的实现算法。最后，通过具体实例验证了该模型的有效性。     

绿色制造模式形成与实施的环境分析

对绿色制造这一概念的基本内涵进行了探讨，给出与之相应的绿色制造模式的概念和内涵。将绿色制造模式和其它先进制造模式进行了技术、组织与环境等各方面的比较，得到绿色制造模式的组织和技术方面的特征。建立了绿色制造系统的动力模型，从市场激励、政府推动以及企业行为等方面探讨了促进绿色制造的实施等问题。     

以独立制造岛为基础的虚拟制造

分析了虚拟制造出现的时代背景，讨论了虚拟制造技术和虚拟企业的主要特征。提出了构建以虚拟制造技术和虚拟企业的主要特征。提出了构建以独立制造岛为基础的虚拟企业，解决３国有企业设备利用率低下，香港制造业北移和企业技术优势互补的具体方案。