检索结果-内蒙古大学图书馆

医用生物力学 2023年第2期38卷 276-282页

作者：姚思琦孙畅宁王玲石长全李涤尘西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室西安710054 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安710054

目的针对材料挤出成形3D打印聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)骨替代物制造工艺存在明显各向异性的问题,以下肢股骨为例,研究不同摆放方式下3D打印PEEK股骨替代物的力学性能。方法在有限元模型中模拟人体步态周期中5种姿态,改变正... 详细信息

目的针对材料挤出成形3D打印聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)骨替代物制造工艺存在明显各向异性的问题,以下肢股骨为例,研究不同摆放方式下3D打印PEEK股骨替代物的力学性能。方法在有限元模型中模拟人体步态周期中5种姿态,改变正交各向异性,计算不同打印摆放方式下股骨应力与变形,并通过力学实验研究3D打印PEEK股骨的安全性与稳定性。结果竖直摆放优于水平摆放方式,此时3D打印PEEK股骨替代物最大应力为46.56 MPa,低于PEEK材料的屈服强度但变形量大于自然股骨,满足服役过程中力学性能需求,而承载稳定性有待提高。结论使用材料挤出成形制造承重骨时应优先采用竖直摆放的方式,3D打印技术在用于承重部位骨替代物时应谨慎考虑其各向异性对替代物服役性能的影响。

关键词： 3D打印各向异性步态承重骨

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3D打印金属椎体替代物力学性能评价

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医用生物力学 2024年第1期39卷 76-83页

作者：董恩纯康建峰孙畅宁李涤尘罗洋王玲栗向东西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室西安710054 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安710054 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院广东佛山528225 天津市医疗器械质量监督检验中心天津300384 空军军医大学西京医院骨科西安710032

目的对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果钛网等... 详细信息

目的对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果钛网等效弹性模量[(2 908.73±287.39) MPa]仅次于拓扑型椎体替代物,但其结构强度与稳定性较差,等效屈服强度[(46.61±4.85) MPa]高于多孔型椎体替代物,且在压缩中率先屈服;多孔型椎体替代物结构强度[(18.14±0.17)~(25.79±0.40) MPa]不足,难以满足脊柱重建力学要求;桁架型椎体替代物等效弹性模量[(2 477.86±55.19)~(2 620.08±194.36)MPa]与等效屈服强度[(77.61±0.50)~(88.42±1.07) MPa]良好但稳定性不足,在压缩过程中容易出现失稳现象;拓扑型椎体替代物具有最高的等效弹性模量[(3 746.28±183.80) MPa]与等效屈服强度[(177.43±3.82) MPa],可为人工椎体在体服役安全稳定提供更强保障。结论拓扑优化方法可实现椎体替代物高强度、高稳定性设计,提供更大的设计空间与安全余量,为人工椎体轻量化与新材料设计提供更多可能。

关键词：椎体替代物钛网 3D打印力学性能拓扑优化

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3D打印连续纤维复合假肢接受腔Z向强化制造策略

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机械工程学报 2022年第7期58卷 267-275页

作者：刘腾达汤磊孙畅宁单存清李涤尘田小永刘朝宗王玲西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安710054 伦敦大学学院皇家骨科医院整形外科与骨肌科学研究所伦敦HA74LP英国

假肢是截肢者恢复行动能力所必须的康复辅具,假肢接受腔作为连接残肢与假肢系统之间重要的生机界面,具有包容残肢、支撑体重、传递运动载荷的重要作用。与传统工艺制备的假肢接受腔相比,MEX(Material Extrusion,材料挤出成形)3D打印接... 详细信息

假肢是截肢者恢复行动能力所必须的康复辅具,假肢接受腔作为连接残肢与假肢系统之间重要的生机界面,具有包容残肢、支撑体重、传递运动载荷的重要作用。与传统工艺制备的假肢接受腔相比,MEX(Material Extrusion,材料挤出成形)3D打印接受腔具有加工周期短,成本低等优势,能够满足接受腔快速低成本制造的需求,但该工艺制备的接受腔以Z向力学性能较差为突出劣势,应用也因此受到限制。之前的研究针对该问题提出了一系列的策略对MEX打印工艺的Z向力学性能进行提升,但受到材料与工艺限制,优化后的打印策略制备接受腔的Z向力学性能依然不足。为解决该问题,本研究首先基于假肢接受腔的打印需求,自主研发了可控制挤出头姿态变换的多自由度MEX打印设备。随后,本研究系统地研究了多自由度打印工况下纤维方向和打印层厚对芳纶纤维增强复合材料打印件Z向力学性能的影响。最后,本研究根据多步态下假肢接受腔的力学分析结果,将纤维方向和接受腔厚度等参数和接受腔受力状态进行关联,提出了接受腔Z向强化打印策略。结果表明,与传统3D打印工艺相比,Z向强化制造策略可显著提升接受腔的力学性能,所制备的假肢接受腔可满足穿戴疲劳要求。

关键词：材料挤出成形假肢接受腔 Z向增强连续纤维力学性能

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氧阻聚层调控原理及其对陶瓷光固化成型精度的影响

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硅酸盐学报 2021年第9期49卷 1846-1852页

作者：连芩王永辉李涤尘何晓宁西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安710054 西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室西安710071

利用自由基树脂材料进行光固化3D打印时出现的“氧阻聚层”,为其连续制造和表面质量的提升提供了可能,但因对打印件的结构精度的调控机理不清,打印具有复杂外形的多孔结构件难以控制其成型精度。利用自制自由基生物陶瓷浆料经光固化3D... 详细信息

利用自由基树脂材料进行光固化3D打印时出现的“氧阻聚层”,为其连续制造和表面质量的提升提供了可能,但因对打印件的结构精度的调控机理不清,打印具有复杂外形的多孔结构件难以控制其成型精度。利用自制自由基生物陶瓷浆料经光固化3D打印制造多孔生物骨陶瓷支架,研究并提出了光固化过程中的3阶段的固化区间和氧阻聚层调控成型精度原理;建立了寻找合理的氧阻聚调控打印工艺参数的方法;发现了氧阻聚层不仅能够提升陶瓷制件的成型精度,也会影响其力学性能。由此建立起的氧阻聚层厚度对生物骨陶瓷支架的多孔结构成型精度和力学性能的作用机制,为多功能陶瓷打印技术及其陶瓷基骨替代物应用提供了高精度制造基础理论与方法。

关键词：氧阻聚光固化3D打印多功能陶瓷骨支架成型精度

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面向3D打印多孔陶瓷材料外科植入物宏微观结构特征的分析评价方法

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中国医疗设备 2023年第2期38卷 17-24页

作者：张晨董双鹏张述马会董恩纯康建峰李涤尘王玲国家食品药品监督管理局天津医疗器械质量监督检验中心天津300384 无源植入器械质量评价重点实验室天津300384 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室陕西西安710054

目的探究3D打印多孔结构陶瓷材料外科植入物孔隙结构的宏微观特征分析及评价方法。方法基于微米X射线CT(Micro-CT)扫描获取的多孔样品图像数据,利用VG Studio MAX 3.0软件及Mimics 16.0软件的多孔结构分析功能,对多孔结构的宏观结构特... 详细信息

目的探究3D打印多孔结构陶瓷材料外科植入物孔隙结构的宏微观特征分析及评价方法。方法基于微米X射线CT(Micro-CT)扫描获取的多孔样品图像数据,利用VG Studio MAX 3.0软件及Mimics 16.0软件的多孔结构分析功能,对多孔结构的宏观结构特征包括总孔隙率、宏孔孔径、内连接、开/闭孔率等进行测量和分析;同时,采用扫描电子显微镜对样品表面微观多孔形貌进行特征分析和评价。结果基于Micro-CT和SEM扫描及影像学分析实现了针对3D打印多孔结构陶瓷样件的孔隙结构的宏微观特征表征和统计分析,并验证了其可行性和准确性,形成了一套面向3D打印多孔结构陶瓷材料外科植入物形貌宏微结构尺寸特征的有效的测量和评价方法。结论本文提出的基于Micro-CT和SEM扫描成像进行3D打印多孔结构陶瓷样件的孔隙结构的宏微观特征表征和分析的统计方法,有利于实现多孔结构宏微观特征的相关测试内容和试验过程的规范统一,确保测试过程方法有据可依,结果评价准确有效,有利于提升产品的加工精度,便于不同企业同种工艺制造的多孔结构特征参数之间等同比较,为医疗器械行业多孔结构宏微观特征的数据积累奠定基础,有利于提高与人体生命安全息息相关的外科植入物产品的研发和制造水平。

关键词： 3D打印多孔陶瓷外科植入物宏微结构特征微米X射线CT 扫描电镜

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增材制造个性化植入物技术发展与挑战

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中国医疗器械杂志 2024年第3期48卷 237-244页

作者：孙畅宁孟子捷王玲贺健康连芩高琳李骁毛茅朱卉李涤尘西安交通大学国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安市710054 西安交通大学国家医学攻关产教融合创新平台(中心) 西安市710049 西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室西安市710054 西安交通大学机械工程学院西安市710049 西安交通大学前沿科学技术研究院西安市710054

增材制造(3D打印)技术与未来医疗行业精准化和定制化的发展方向相契合,是我国高端医疗器械领域创新发展的重要机遇。目前3D打印医疗器械的研究和产业化主要分为不可降解植入物和可降解植入物,逐渐形成了金属3D打印骨植入物、聚醚醚酮骨... 详细信息

增材制造(3D打印)技术与未来医疗行业精准化和定制化的发展方向相契合,是我国高端医疗器械领域创新发展的重要机遇。目前3D打印医疗器械的研究和产业化主要分为不可降解植入物和可降解植入物,逐渐形成了金属3D打印骨植入物、聚醚醚酮骨植入物和可降解植入物等主要临床应用和产业发展领域。该文列举近年来上述领域的研究成果,论述个性化植入物的增材制造技术和应用,从技术、应用和监管角度分析不同植入物面临的挑战,并对未来发展提出展望和建议。

关键词：增材制造骨植入物多孔结构聚醚醚酮可降解植入物

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皮肤修复生物3D打印的研究进展与挑战

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光电工程 2021年第8期48卷 1-18页

作者：连伟龙连芩焦天何晓宁赵明胡大海万敏西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710054 季华实验室广东佛山528200 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室陕西西安710054 西安电子科技大学陕西西安710049 空军军医大学西京医院烧伤与皮肤外科陕西西安710032 山东省医疗器械产品质量检验中心国家药品监督管理局医用卫生材料及生物防护器械质量评价重点实验室山东济南250101

皮肤作为人体最大的器官,有着屏障功能、免疫应答、防止水分流失和排泄废物等重要作用。大面积的严重皮肤损伤患者会由于缺乏充足的可移植皮肤而死亡。生物3D打印技术的发展为可移植皮肤的制造提供了解决办法。生物3D打印技术可以定制... 详细信息

皮肤作为人体最大的器官,有着屏障功能、免疫应答、防止水分流失和排泄废物等重要作用。大面积的严重皮肤损伤患者会由于缺乏充足的可移植皮肤而死亡。生物3D打印技术的发展为可移植皮肤的制造提供了解决办法。生物3D打印技术可以定制化制造功能性的皮肤替代品,有望解决移植皮肤短缺的困难。本文简述了皮肤创伤修复原理,比较了用于皮肤修复的生物材料墨水、细胞和主要的生物3D打印技术,分析了光电技术在3D打印皮肤上的应用潜力,并总结了生物3D打印技术在皮肤修复应用中所面临的挑战和未来的发展方向,提出了光电技术在生物3D打印中的应用需求。

关键词：生物3D打印皮肤生物墨水细胞光电技术

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增材制造聚醚醚酮/羟基磷灰石多孔植入物骨整合的力学机制

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医用生物力学 2024年第S1期39卷 29-29页

作者：孙畅宁西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室西安710054 西安交通大学国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室西安710054 西安交通大学国家医学攻关产教融合创新平台(中心) 西安710054

目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力... 详细信息

目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力学环境对骨整合的影响规律,为PEEK复合材料骨植入物的材料和结构设计提供支撑。方法在细胞试验方面,研究了复合材料中HA含量对成骨细胞行为的影响,并探究了其信号通路;在动物实验方面,使用3D打印方法制备了材料组分0~40 wt%HA/PEEK、孔隙尺寸0.2~1.4 mm及3种孔型的支架,通过兔股骨髁动物实验模型研究支架在植入后4~12周的骨整合情况;在生物力学分析方面,通过数值模拟结合实验研究了不同支架的渗透性、力学性能和支架-骨应力传导。结果PEEK/HA复合材料通过释放钙离子激活FAK及其下游蛋白通路,对成骨细胞的增殖、铺展和贴附有促进作用。HA含量对支架的骨整合起到积极作用,40 wt%HA/PEEK复合材料支架的骨整合接近于钛合金支架。结构渗透性对支架早期骨整合有主导性作用,而支架内的远期骨整合主要受支架-骨应力传导效应的调控。结论本文系统地研究了材料、结构和力学环境对PEEK/HA支架骨整合的协同作用机制,为PEEK基复合材料骨植入物的设计提供了理论依据。

关键词：骨植入物动物实验模型骨整合增材制造成骨细胞羟基磷灰石生物力学分析聚醚醚酮

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海藻酸钙水凝胶喷射式生物3D打印工艺研究

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电加工与模具 2022年第3期 50-55页

作者：连芩焦天连伟龙严峻腾王永辉关志强西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710054 国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室陕西西安710054 西安交通大学第二附属医院关节外科中心陕西西安710004

提出一种利用平行排列的双排压电喷嘴喷射海藻酸钠和氯化钙两种组分的溶液进行大尺寸水凝胶支架制造的方法,研究了不同溶液组分与打印工艺参数对流变特性与喷射性能的关系。研究表明:适合双组分喷墨打印的最佳溶液质量浓度为40 g/L,最... 详细信息

提出一种利用平行排列的双排压电喷嘴喷射海藻酸钠和氯化钙两种组分的溶液进行大尺寸水凝胶支架制造的方法,研究了不同溶液组分与打印工艺参数对流变特性与喷射性能的关系。研究表明:适合双组分喷墨打印的最佳溶液质量浓度为40 g/L,最佳打印工艺参数组合为电压幅值80~100 V、打印频率0.2~5 kHz。在此参数下完成了尺寸60 mm×30 mm×1 mm海藻酸钙凝胶支架的打印。该打印方法工艺简单、效率高、材料利用率高,有望应用于结构复杂的组织工程支架的一体化制造中。

关键词：生物制造 3D打印多喷嘴喷墨打印

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一种联合机械刺激调控促进多孔PEEK植入物骨整合的结构设计策略（英文）

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Bio-Design and Manufacturing 2025年第2期 275-288页

作者：刘颖洁王玲张婕刘曙光郑纪豹康建峰董恩纯孙畅宁阿茹罕刘朝宗杨春成李涤尘西安交通大学机械工程学院精密微纳制造技术全国重点实验室西安交通大学国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室南方医科大学口腔医院中南大学湘雅口腔医学院口腔颌面外科佛山大学机电工程与自动化学院国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心伦敦大学学院骨科与肌肉骨骼科学研究所英国皇家国立骨科医院陕西聚高增材智造科技发展有限公司

聚醚醚酮（PEEK）材料的生物惰性限制了其在临床上的广泛应用。虽然多孔结构能改善PEEK植入物的骨整合能力，但其同时降低了植入物的机械性能，从而阻碍了其临床应用。本研究基于对植入物生物力学行为的有限元分析，研究了多孔结构和在... 详细信息

聚醚醚酮（PEEK）材料的生物惰性限制了其在临床上的广泛应用。虽然多孔结构能改善PEEK植入物的骨整合能力，但其同时降低了植入物的机械性能，从而阻碍了其临床应用。本研究基于对植入物生物力学行为的有限元分析，研究了多孔结构和在体机械刺激对植入安全性和界面骨生长状态的综合影响。通过对孔隙大小和螺钉预紧力的联合调控，使多孔PEEK植入物在实现良好骨整合的同时保持相对较高的安全性能。600μm的孔径和0.05 N·m的螺钉预紧力是保证植入物长期稳定性的最佳组合；在该参数下，植入物的安全系数大于2，骨-植入物界面的预测有效骨生长面积百分比达到97%。本研究使用熔丝制造（FFF）3D打印技术制作了PEEK植入物，并进行了临床运用。临床结果表明，与实心PEEK植入物相比，多孔PEEK植入物具有更优的骨修复效果和长期稳定性。3D打印多孔PEEK植入物的骨整合性能良好，植入后3个月的平均骨体积分数>40%。综上，3D打印多孔PEEK植入物的植入安全性和骨整合性能得到了验证，其具备巨大的临床应用潜力。

关键词：多孔PEEK植入物骨整合界面生物力学颌面植入物有限元分析熔丝制造3D打印

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