连续面曝光陶瓷3D打印

针对传统陶瓷3D打印存在打印效率低和成型件具有各向异性的不足和局限性,提出一种连续面曝光陶瓷3D打印新工艺,通过采用自主研发的复合富氧膜并结合配制的树脂基陶瓷浆料实现陶瓷素坯件的连续打印.阐述连续面曝光陶瓷3D打印的基本原理和工艺流程;研究陶瓷浆料的配制,并利用搭建的实验平台揭示了关键工艺参数对成形过程的影响和规律;最后,结合优化的工艺参数,通过两个典型案例(镂空件和薄壁件)连续3D打印,以及所打印的素坯件经脱脂烧结后性能的表征和测试,证实了提出方法的可行性和有效性.实现了陶瓷零件连续3D打印工艺,为探索高效、低成本连续陶瓷3D打印提供了一种全新的解决方案.     

大尺寸关节支架的3D打印及应用

人工关节假体的置换与长期植入后的失效问题将造成关节组织不可恢复的损失,小块可降解骨软骨关节支架具有恢复病变关节的力学环境和诱导新生组织生长的能力,为大尺寸关节病变缺损修复提供了新的治疗策略.大面积深层病变软骨关节病变位置的生理结构与力学环境的分析,以及多材料复合关节支架的仿生制造与手术方案是治疗方案开发的难点.本文提出一种新型多材料关节支架的仿生设计与制造技术和植入方法.以诱导组织生长为导向,选择聚乙二醇凝胶(polyethyleneglyco,PEG)、β-磷酸三钙陶瓷(β-tricalcium phosphate,β-TCP)、聚乳酸(polylactide,PLA)等生物材料开发新型支架;以羊膝关节为研究对象,通过反求工程、有限元分析和3D打印技术,利用有限的影像学数据信息,建立膝关节模型和易病变软骨区域;基于支架生理结构特征与关节缺损区机械承载能力的映射关系,建立大块仿生骨软骨支架的结构与稳定性固定结构.实验证明该支架在置换初期较好地恢复了缺损关节的力学环境.所提出的方法和支架有望为大面积骨软骨缺损的修复提供一种新的治疗方案.     

利用布尔运算的定制化下颌骨替代物设计方法

为了使下颌骨替代物体具有特定的形状,并与相邻骨骼具有正确的相对位置和精确的连接方式,提出了利用布尔运算的定制化下颌骨重建方法.采用医用CT扫描的方法获得原始骨骼数据,从而保证了骨替代物的数据原始性以及与原骨骼形状的匹配性.以布尔运算为主要的重建设计手段,始终采用原始数据进行假体的设计,将STL的文件格式贯穿整个设计过程,从而避免了数据因格式转换而失真,确保了假体与原骨骼形状的匹配,使以人骨骼表面的自由曲面进行骨替代物的空间定位成为可能.该方法设计出来的人工下颌骨假体定位正确、连接精确,其形状与原骨骼匹配良好,因此可成功应用于临床实践.     

电子束直写模版电沉积制备图案化磁记录介质

以电子束直写光刻图形为模版,采用直流电沉积和数值模拟的方法,研究了镍纳米柱阵列图案化磁记录介质的制备工艺和模版电沉积过程中的沉积不均匀问题.研究结果表明,在加速电压、曝光电流确定的条件下,电子束直写光刻模版孔径由曝光时间决定,模版的孔径和孔距在10 nm量级精确可调.在纳米孔阵列模版中进行电沉积时,适当增大孔距,降低阴极电解电势,可以减小电沉积过程中相邻孔之间的相互干扰,提高电沉积的均匀性,从而为图案化磁记录介质的电沉积制备提供了一种新的方法.     

基于节能理念的LED光源快速成型系统

 LED-SL是采用大功率UV-LED作为固化光源的新型快速成型系统。其基本原理是LED发出的紫外光通过聚焦镜汇聚到树脂液面,该聚焦镜在机械式x-y工作台的驱动下,在树脂液面进行扫描,使液态光敏树脂固化。通过与激光和汞灯光源的比较,阐述了UV-LED固化光源的优势。由于机械式工作台的运动学特性,在扫描固化线时,光束总是在其起始端从静止开始加速,在中段保持匀速运动,到达终点时又减速到静止状态。由于加速和减速段的曝光量大于中间段,使得固化单线两头粗中间细,形成骨形误差。采用功率匹配的能量控制方式以消除骨形误差。功率匹配是指动态调整光束功率,使得扫描过程中光功率始终与扫描速度成正比。实验结果表明功率匹配方式能有效提高成型精度。UV-LED、激光、高压汞灯3种固化光源能耗的实验表明,UV-LED的光固化能耗仅为激光的0.86%,汞灯的0.1%,从而证明了LED-SL突出的节能优势。     

人体下颌骨的ANSYS受力分析

人体下颌骨替代物的设计制造一直是人们关注的一个研究焦点。现有的人体下颌骨替代物的制造主要是医生根据患者的下颌骨外形对成品的钛板或钛网进行手工弯制,但由于钛材料的刚性过大,造成一定的应力屏蔽,不能对填充自体骨实现有效的应力传递,导致骨重建失败。所以,寻求新的下颌骨替代物的仿生设计及制造方法非常必要。而仿生设计算先要掌握人体下颌骨的受力状况。文中首先建立了人体下颌骨的ANSYS模型,然后用ANSYS对人体下颌骨进行了受力分析,获得了应力应变分布云图,并对结果进行了分析讨论,该研究为人体下颌骨替代物的仿生设计提供了一定的理论依据。     

钛框架/CPC/BMP复合人工骨的钙磷碳变化规律

为了解决磷酸钙骨水泥(CPC)/骨形态发生蛋白(BMP)植入体强度低的缺陷,提出一种钛框架/CPC/BMP复合结构的植入体,参考犬桡骨半月形断面及尺寸,利用计算机辅助设计与加工方法完成了相似形状的钛框架设计与制造,并将糊状CPC填充晾干后植入犬桡骨部位.通过动物实验,分析研究了钙磷碳的变化规律,得出了植入体钙磷碳变化模型.研究表明:植入体内的碳含量按二次抛物线增长,钙和磷的含量按线性规律递减,钙磷比则保持稳定;钛框架上有孔处的钙磷碳变化效率明显高于无孔处的变化效率.研究结果不仅为设计钛框架的形状提供了依据,而且证实了这种植入体的钛框架在不明显影响降解速度的条件下具有较好的支撑作用,因此扩大了CPC的临床应用范围.     

激光金属直接成形中形貌自稳定效应的研究

为了在开环控制条件下直接制备出表面平整的薄壁零件,针对同轴送粉条件下粉末离焦对单道熔覆层厚度的影响,建立了理论模型,分析了成形表面出现的凹凸不平现象,对激光离焦和粉末离焦对单道熔覆层形貌的影响进行了实验研究.研究表明,激光离焦主要影响单道熔覆层的宽度,而粉末离焦主要影响单道熔覆层的厚度.在粉末负离焦条件下,激光金属直接成形过程具有形貌自稳定效应,能消除成形层的凹凸现象,从而制造出成形表面平整的薄壁零件样件.由于计算结果与实验结果的趋势能保持一致,形貌自稳定效应能够提高开环系统下薄壁零件的制造精度,因此具有实际的应用价值.     

辐射剂量分布对低能电子束分层固化复合材料层间剪切强度的影响

为了进一步降低电子束固化复合材料制造成本,研究了预浸带双面辐射分层固化复合材料的最小电子束能量值,以及双面辐射剂量分布对复合材料层间剪切强度的影响。试验验结果表明,125keV低能电子束双面辐射可以获得较好的穿透性,并且辐射固化比较均匀,是能够实现复合材料分层制造的最小电子束能量值。相对于双面等剂量辐射固化复合材料层合板的层间剪切强度(ILSS)的61.7MPa,双面不等剂量辐射固化复合材料层合板的ILSS达到66.3MPa,提高幅度为7.5%。光学显微镜及SEM分析与DSC测试结果表明,辐射剂量分布导致的层间键合树脂基体活性官能团数量,是造成双面等剂量与双面不等剂量辐射复合材料层合板ILSS产生较大差异的主要原因。     

基于快速原型的个体匹配骨骼造型方法

为了改进个体匹配骨骼的设计与制造的速度和精度 ,缩短病人的等待时间和提高骨骼外形的匹配程度 ,采取不经过曲面重构而直接利用快速原型完成人工骨骼模型的造型方法 :直接将患者骨骼的断层图像数据转化为快速原型分层制造的轮廓数据格式并快速制造骨骼的实体原型 ,对其形状的修改和编辑在实物原型上进行 .结果表明 ,这种方法具有速度快、精度高的特点 ,能很好地满足个体匹配骨骼对设计制造的速度和精度的要求 .基于快速原型的个体匹配骨骼造型方法@刘亚雄$西安交通大学先进制造技术研究所!710049,西安 @李涤尘$西安交通大学先进制造技术…