基于RP的生物活性仿生制造研究

仿生制造是人类制造技术发展的高级形式。对它的研究,不同的学者提出了不同的见解和实施方法。根据对仿生制造发展的认识,重新定义了仿生制造的概念。基于迅速发展的ＲＰ技术和生物医学技术,从全新的角度提出仿生制造实施的新途径－基于ＲＰ的生物活性仿生制造方法,论述了此技术的理论基础和实施手段。理论上该方法可以制造任意形状的生物活性结构。     

人工生物活性骨骼的快速制造方法研究

从人造骨骼整体制造的角度出发,将骨骼结构、材料合成、生物活性等因素综合考虑,提出了基于分层制造的人造骨生物活性复合成形的设想①定制的骨骼的外形与微观组织的CAD建模;②快速加工具有骨骼的内外结构的托架;③复合上生物因子和细胞;注入自凝固羟基磷灰石。从制造工艺上将宏观和微观CAD与成形、材料合成、骨生长因子复合3个过程集成化,以满足骨骼成形的个体适配、快速、生物降解等要求。     

新型人工骨支架结构及其功能

提出新的具有渐变性孔隙率特性的同心圆人工骨支架结构,建立数学模型并且编写结构设计和仿真软件。通过宏观把握孔隙率变化,建立人工骨支架结构与自然骨之间的对应关系,建造复杂的、高孔隙率、相互连通的微孔道立体结构,并显示三维图像指导支架内部结构的设计。由软件生成IGS文件导入其他三维辅助设计软件如 PRO／E等生成STL文件,结合快速成形技术直接制造。最后讨论该支架结构与Kammer股骨三维桁架理论结构模型之间的关系,以及该结构对骨再造和人工骨支架结构设计前景的影响。     

基于快速成形的生物制造工程研究

根据对仿生制造发展的认识,重新定义了仿生制造的概念,提出了生物制造和生物制造工程的概念,并将其实施途径分为内控法和外控法两大类。基于迅速发展的RP技术和生物医学技术,从全新的角度提出了生物制造实施的新途径——基于RP的生物活性生物制造方法,论述了此技术的理论基础和实施手段。理论上该方法可以制造任意形状的生物活性结构,例如：某个生物活性骨质机器零件,甚至整台机器。     

用于人工骨制造的喷射成形技术

近年来,应用组织工程材料的人工骨因能适时降解并诱导成形人骨,而成为最理想的骨组织人工替代方法和治疗手段。介绍采用多喷射成形制造骨组织工程材料的人工骨,指出用此法得到的人工骨的材料种类及微观组织结构均与人骨高度相似,而采用骨水泥,或含有烧结等步骤,将不具有这种相似性;此人工骨具有与人骨的功能梯度上相一致的材料结构、几何结构和生理功能;人骨生长因子（ＢＭＰ）通过特殊处理,使这达到多维复合,并且具有缓释     

基于快速成形的仿生骨建模技术

通过案例介绍了一种仿生骨模型重建方法。首先在CAD软件中读取DICOM格式的医学断层数据．通过调整阈值提取需要重建的骨骼．在PC机上重建出仿生骨的三维模型，转化成快速成形需要的文件格式，最后利用快速成形技术获取实物模型。     

基于增量制造的再生骨支架制备路径规划方法

基于增量制造的再生骨支架制备方法在生物制造领域表现出巨大应用潜力,也越来越受到重视,其中制造路径规划方法直接影响到制备的支架的结构特点,在很大程度上决定了后期支架的细胞培养以及组织修复效果。目前典型的面向工业以及民用领域的增量制造工艺的路径规划方法不能完全适用于骨支架的制备,无法获得能够有效模拟细胞外基质结构特征的三维贯通结构。针对这一问题,提出一种面向生物增量挤出成形技术的再生骨支架制备路径规划方法,将材料成形过程中出现的尺寸变形的补偿融入到路径规划方法的设计中,能有效满足骨支架制备时对复杂外轮廓和梯度孔隙结构的需求。在此基础上,给出再生骨支架增量挤出成形系统的软件系统架构,实现方法及结果,并通过支架成形试验验证支架的性能,研究成果对自主开发生物增量制造装备具有重要价值和意义。     

基于RP的人工骨骼制造方法探索

针对目前基于快速成形的人工骨骼制作方法中存在的问题,提出基于快速在成形的人工骨烧结制造工艺方法,研制了气压式熔融沉积快速成形系统（AJS）,该方法达到材料、成形、生物活性的统一。其特点是人工骨肉部微孔的数量、大小,分布及形状可人工影响和控制。     

纳米人工骨混合自体骨用于骨肿瘤骨切除后填充效果

目的 :分析人工骨混合自体骨用于骨肿瘤骨切除后填充的临床效果,探讨其临床应用价值。方法 :以我院收治的65例接受骨切除的骨肿瘤患者为研究对象,按照患者填充方式,将接受人工骨混合自体骨填充的患者纳入观察组(n=29),将接受自体骨填充的患者纳入对照组(n=36),比较两组患者植骨量、愈合情况、骨材料降解率,比较其临床效果及安全性。结果 :观察组与对照组平均植骨量为(9.9±1.6)m LVS(7.6±1.8)m L,观察组植骨量稍高于对照组,但组间比较差异无统计学意义(P>0.05);观察组平均愈合时间为(8.9±1.5)个月,对照组平均愈合时间为(8.7±1.6)个月,两组患者植骨愈合时间、愈合情况、骨材料降解率比较,差异无统计学意义(P>0.05);术后均未见伤口感染、不愈合、排异反应等并发症发生;观察组末次随访MSTS评分为(28.71±6.26)分,对照组末次随访MSTS评分为(28.50±6.33)分,组间差异无统计学意义(P>0.05)。结论 :人工骨混合自体骨能够有效填充骨肿瘤骨切除后缺损区域,该方案能够在减少自体骨移植量的基础上保证良好的填充效果及安全性。     

壳聚糖纤维/磷酸钙骨水泥复合材料人工骨的力学性能

提出采用壳聚糖纤维为增强体来改善磷酸钙骨水泥的力学性能,并模仿天然骨的结构制造具有同心圆结构的壳聚糖纤维/骨水泥复合材料人工骨.利用快速成形技术制造精密树脂模具,在模具的支持下制备两种规格的人工骨(φ20 mm×20 mm和(10 mm×20 mm),分别进行人工骨初始强度试验和体内强度试验.试验表明,由于纤维的存在,复合材料人工骨的初始强度为11～26 MPa,明显高于磷酸钙骨水泥4～10 MPa的强度;同时在犬股骨髁缺损修复的过程中,随着壳聚糖纤维的消失而逐渐形成的多孔结构和孔隙并没有降低复合材料人工骨的力学性能,而是通过形成的多孔结构促进骨长入来维持人工骨的强度,使得人工骨多孔结构与强度的矛盾关系得到缓解.     

定制化骨替代物的空间定位

为了保证定制化人工骨替代物植入人体并与人骨连接后具有正确的相对位置,提出了利用人骨表面的自由曲面实现骨替代物的空间定位的原理和方法,并利用反求工程和快速原型完成个体定制的骨替代物及其定位器的设计与制造,成功地应用于临床。实践证明定制化骨替代物的植入手术能否成功,定位是一个关键技术环节。定位问题涉及到定制化骨替代物的设计、制作和手术的全过程,提出的定位原理和方法在实际应用中被证明是行之有效的,能够有效地保证手术的质量。     

基于细胞沉积的人工骨微管设计及三维流场分析

针对人工骨微管中细胞均匀粘附和营养成分顺利运输所需流速条件,研究支管与主管道之间的夹角对支管中流速的影响以及沿主管道不同位置的支管中液体速度分布,并结合自然骨微观结构以及流体力学中的能量守恒和流量守恒原理,提出一种强化微循环结构并进行三维粘性流场数值分析,将分析结果与单纯仿形结构的流场分析结果比较,结果表明,该结构流速分布更均匀,支管内流速得到很大程度的提高,有利于细胞均匀粘附和进一步提高人工骨设计孔隙率。     

快速成形中直接切片补偿曲线转接方法研究

对快速成形制造中直接切片补偿曲线转接方法进行了分析,提出了曲线转接时微线条的处理方法;并在AutoCAD环境下利用ARX开发了软件,用提出的方法实现了真实边界中补偿曲线转接。     

基于RP技术的激光诱导选择性化学沉积微细加工技术的研究

在介绍快速成形技术以及微机电系统与微细加工技术的基础之上,对比分析了一些基于快速成形技术微细加工方法的优缺点及其最新研究成果。对于激光诱导选择性化学液相沉积快速成形技术的研究,首先从整个的系统原理到工艺流程进行详细地论述,并指出此技术所存在的一些优缺点。在普通玻璃上进行了激光诱导选择性化学液相沉积铜的试验,成功地沉积出点、线和面并实现了分层累加的沉积。在从激光诱导化学液相沉积技术的沉积原理和反应机理的分析到反应速率及沉积速率模型的建立的基础之上,进一步论证了激光诱导选择性化学沉积快速成形技术在三维微细加工方面的应用上是可行的。     

基于有限元的光固化快速成形中零件变形研究

以光固化快速成形过程中的零件变形为研究对象,详细分析了收缩力产生的根源及其作用原理,根据树脂固化时必然产生的收缩及层累加的特点,提出了收缩力、面分布载荷的概念;根据零件在成形过程中结构变化的特点,提出时变刚度的概念。基于此,建立了零件成形过程中的力学模型,利用有限元法分析了零件变形的趋势,揭示了成形过程中零件变形的本质问题。通过试验研究了零件的变形问题,试验结果证明了理论分析的正确性。由此提出了改进扫描工艺的分区域扫描策略,显著的减小了成形过程中零件的变形,提高了成形零件的精度。     

Hill非二次屈服准则次数m值识别及应变控制研究

正确确定本构模型中的物性参数是金属成形过程准确分析和模拟的基础。以Hill非二次屈服准则为基础,应用人工神经网络(ANN)技术建立了材料在变形过程中不同应力状态下物性参数m值的识别方法,并在MTS试验机上进行了薄壁管拉扭试验,通过试验中各阶段的实际应变增量值与m值识别前后计算所得理论应变增量值的比较,验证了识别所得m值以及根据识别所得m值进行应变控制的正确性。     

新的激光快速成形方法及应用

针对目前主要激光快速成形方法的优缺点,提出一种基于三维实体边界分割的激光快速成形新方法.该方法将叠层实体制造(LOM)法主要进行激光二维轮廓线扫描和选择性激光烧结(SLS)法能够加工多种覆膜粉末材料的优点有机结合,能够克服SLS法加工效率低,成形件致密度、硬度、精度和表面粗糙度等性能较低的缺点.利用自主开发的快速成形系统,采用热像仪测温与Ansys模拟激光能量输入模型相结合的方法对工艺参数进行确定,对基于三维实体边界分割激光快速成形方法进行应用研究,实现三维实体的快速成形及金属零件的快速铸造,并通过无模具快速铸造的手段获得金属齿轮铸件.     

射流电沉积快速成形技术基础试验研究

研制了射流电沉积快速成形系统并进行了基础试验研究。研究结果表明,采用该系统可实现简单形状金属铜三维样件的沉积制备,样件具有较好的形状精度和尺寸精度,沉积厚度达到1.2 mm,SEM和XRD分析表明样件微观组织呈多孔均布结构,晶粒尺寸达到纳米尺度,力学性能测试表明样件材料具有高断裂强度和高硬度特性。