探讨汽车仪表台3D-Mesh包覆工艺与设计

仪表台是汽车内饰的重要零件,运用3D-Mesh包覆设计可以达到比传统软质仪表台工艺更低的成本和更高的设计自由度。

基于3D-Mesh网络的一种Oblivious路由算法

3D-Mesh就是三维片上网络中一种常见拓扑结构.本文针对3D-Mesh网络提出了一种新的高吞吐率的随机Oblivious路由算法(Double Plane Turn,DPT).DPT算法通过降维,将3D-mesh网络转化为两个互相垂直2Dmesh,然后在2D-mesh网络下使用01Turn路由算法.由于01Turn路由算法具有良好的平均情况下的网络吞吐率和不错的延时,通过仿真实验证明,和以往的路由算法在平均情况下的网络吞吐率相比,本算法都实现了较好的结果.

基于3D-Mesh互连网络的粗粒度逻辑阵列研究

提出了一种3D-Mesh拓扑互连网络结构,其支持动态可重构配置,数据路径位宽为32 bit。基于该3D-Mesh拓扑互连网络结构,设计了一种拥有48个RPE(Reconfigurable Process Element)和16个RSE(Reconfigurable Storage Element)的异构粗粒度逻辑阵列(Isomerism Coarse-Grained Reconfigurable Array,ICGRA)。基于COMS 55 nm工艺库进行后端设计,ICGRA总面积为28.52 mm2。同时在300 MHz系统时钟、1.08 V Vcc电压、室温条件下系统总功耗为2.88 W。其中3D-Mesh拓扑互连网络面积占系统总面积的3.8%,功耗占系统总功耗的7%。与相关设计对比,该结构动态重构速率提高2倍～60倍。且采用该3D-Mesh拓扑网络之后,运算单元利用率也大幅度提高。

网孔结构3D打印面料的制备及力学性能研究

为提升3D打印面料的服用性能,探究3D打印面料的组织结构和力学性能的关系,以柔性聚乳酸为材料,通过熔融沉积成形技术制备出3种网孔结构3D打印面料,并对打印面料的拉伸性能、撕破性能及顶破性能进行测试表征。结果表明:3种网孔结构3D打印面料表面平整,无疵点,网孔效果明显,表面无焦黄现象,无脱散现象。3种网孔结构3D打印面料的拉伸性能、撕破性能及顶破性能均与面料网孔中的网格宽度呈正比。当网格宽度相同时,对于纵向断裂强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大;对于横向断裂强力,仿纬平针组织最小,仿平纹组织最大;对于纵向撕破强力,菱形组织最小,仿平纹组织最大;对于横向撕破强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大;对于顶破强力,菱形组织最小,仿纬平针组织最大。

基于顶点划分和坐标标准化的密文域3维网格模型可逆信息隐藏

密文可逆信息隐藏技术可以在加密载体中利用冗余空间额外嵌入信息,在传输过程中保障载体和信息的隐私安全,载体接收者还可以实现无损地提取信息和恢复载体.3维网格模型作为新型的数字媒体,其文件结构与传统的图像等数字媒体存在着不同,并且在该领域的研究相对较少.如何提升模型的嵌入容量是目前需要解决的问题.将图像领域多个高有效位预测算法直接迁移到3维模型中应用时,由于数据的存储格式与图像媒体不同,使得算法的预测性能受到了限制.因此,提出了将顶点坐标值标准化处理,消除符号位带来的影响,提升了预测算法的性能.为了进一步减少无用的辅助信息,嵌入集顶点的筛选被加入实验中,成功地为有效载荷腾出空间.实验表明,提出的方法与现有方法相比,在保证无损和可分离地恢复模型与所嵌入的信息的同时,获得了最高的嵌入容量.

碳纳米管修饰3D纤维网基压力传感器的制备及性能

为改善纤维基传感器灵敏度低和响应范围窄等问题,提出了一种以3D纤维网为基材,采用超声辅助浸渍碳纳米管修饰纤维表面,构建出了3D纤维网络结构的压阻式压力传感器。介绍了3D纤维网传感器的制备过程,并对所制备的传感器形貌结构、力学传感性能及应用进行了测试与表征。结果表明:碳纳米管修饰3D纤维网的传感器灵敏度为3.53×10^(-3)kPa^(-1),具有较好的线性度和较高的灵敏度;检测范围达到200 kPa;响应时间和回复时间分别为153 ms和226 ms;经过2000次循环施加压力测试表现出较好的稳定性和耐久性。该传感器能够用于监测人体的运动,如手指弯曲、手腕弯曲、手指点击和脚跟压力等,在可穿戴电子织物领域具有广阔的应用前景。

3D打印金属椎体替代物力学性能评价

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。

3D打印个性化钛网辅助下的引导骨再生与块状自体骨移植在复杂牙槽骨缺损重建中的临床回顾性研究

目的拟采用临床回顾性研究的方法,对比3D打印个性化钛网(3D-PITM)辅助下的引导骨再生(guided bone regeneration,GBR)与块状自体骨移植在复杂牙槽骨缺损重建中的骨增量效果。方法纳入2018年5月至2022年1月就诊于重庆医科大学附属口腔医院种植科的39名牙槽骨缺损种植患者,根据其骨增量术式不同分为3D-PITM+GBR组(19名)和自体骨Onlay组(20名)。术前拍摄CBCT影像导入Mimics-Research和3-Matic软件进行三维重建与数字化设计,采用计算机辅助设计(CAD)/激光选区熔融(SLM)技术制作3D-PITM。术中固定3D-PITM或自体骨块完成相应的骨增量手术。收集患者术前、植骨术后、术后6~9个月、种植体植入后的CBCT影像资料。基于CBCT数字影像资料,分别测量两组患者在种植体中轴线上牙槽骨增加的高度,以及在种植体平台下方0 mm、2 mm、4 mm处牙槽骨增加的宽度,并计算其成骨率。结果3D-PITM+GBR组在骨增量前后和种植前后的垂直骨增量[2.68 mm(0.45,4.23)、2.27 mm(0.49,3.27)]均高于块状自体骨移植[1.60 mm(0.33,1.62)、1.74 mm(0.53,1.60)]。3D-PITM+GBR组在骨增量前后牙槽嵴顶下方0 mm、2 mm、4 mm平均骨宽度增量[(1.97±0.97)mm、(2.59±1.22)mm、(2.94±1.50)mm]高于块状自体骨移植[(1.06±0.99)mm、(1.45±1.25)mm、(2.32±1.23)mm]。3D-PITM+GBR组在种植前后种植体平台下方0 mm、2 mm、4mm平均骨宽度增量[(2.34±1.09)mm、(2.53±1.48)mm、(2.85±2.20)mm]反低于块状自体骨移植[(2.51±1.34)mm、(3.04±1.73)mm、(3.38±1.94)mm]。3D-PITM+GBR组在水平方向和垂直方向的成骨率(66.8%,68.8%)均高于块状自体骨Onlay移植组(64.6%,62.6%)。3D-PITM用于重建复杂牙槽骨缺损能够较块状自体骨移植明显提高牙槽骨重建的高度和宽度,但植入物暴露率(21%)仍高于自体骨Onlay组(5%)。结论3D-PITM+GBR技术可代替块状自体骨移植用于重建复杂牙槽骨缺损,获得理想的骨增量效果和稳定的骨轮廓,但钛网暴露仍是其应用的常见并发症。

具有表面微孔的3D打印PCL网状支架的制备及性能

为制备表面具有微孔结构、粗糙度可控、力学性能高的骨组织工程支架,采用不同反应参数组合的NaOH蚀刻处理改善聚己内酯(PCL)网状支架的表面微形貌,解决3D打印PCL网状支架因亲水性差而不利于细胞生长的问题。NaOH处理反应参数组合包括NaOH溶液浓度和处理时间,浓度为0.5,1,5,10,15 mol/L,处理时间为1,6,12,24,48 h。采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、接触角测量仪、电动液压伺服机械测试机等手段对NaOH处理后支架进行了表征。结果表明,处理后支架主要产生了3种类型的表面形貌:一是温和处理条件下形成的褶皱表面,二是较强处理形成的粗糙表面,三是处理强度进一步增加时形成的凹坑和孔洞。蚀刻后支架表面接触角均显著降低,同时压缩强度下降,但NaOH处理参数组合为5 mol/L-24 h,10 mol/L-6 h的蚀刻支架,其压缩强度与未处理支架对比,差异没有统计学意义。蚀刻支架上细胞数目增多,单个细胞铺展面积大,黏附细胞伸出的突触变多。处理参数组合为10 mol/L-6 h的NaOH处理3D打印PCL网状支架可有效改善支架表面形貌和细胞反应,有利于增加湿润性和细胞黏附。

双曲抛物面形态和传统近似牙槽嵴形态3D打印钛网的力学性能研究

目的探究双曲抛物面空间结构对个性化钛网的力学性能影响。方法使用3-Matic 15软件为牙槽嵴吸收患者的下颌骨三维模型进行虚拟骨增量,分别增量为双曲抛物面结构和近似牙槽嵴结构,并制作孔隙为圆形、三角形、四边形和六边形,厚度为0.2 mm、0.3 mm、0.4 mm的个性化钛网,构建有限元分析模型,施加力和约束,分析各组钛网的应力和位移。结果同一厚度下,不同孔隙结构的双曲抛物面钛网应力和位移均明显低于近似牙槽嵴形态的钛网;随厚度减小,各组钛网的应力和位移显著增加。结论双曲抛物面这一空间结构可以均匀的分散应力,减少个性化钛网的应力集中,减少钛网受力后的位移,使钛网兼具了良好的力学性能和较薄的厚度,降低了对软组织的刺激,减少钛网暴露的可能。

基于智能优化的3D mesh微调算法

3D mesh简化是计算机图形学中的关键技术。大多数简化算法旨在权衡被简化3D mesh的占用内存和近似误差,因此很难找到最优的简化3D mesh。为了解决这一问题,文章提出了一种新的3D mesh微调算法。该算法通过调整被简化的3D mesh的点坐标,以搜索具有最小近似误差的简化3D mesh。实验结果表明,设计的微调算法可以进一步减小被简化的3D mesh的近似误差,并缩小被简化3D mesh与原始3D mesh之间的外观差距。

3D打印人工椎体在颈椎脊索瘤全脊椎切除术中的应用

目的:通过比较颈椎脊索瘤全脊椎切除术后3D打印人工椎体和钛网下沉率的差异,探讨3D打印人工椎体重建前方椎体能否减少术后内植物的下沉。方法:回顾性分析2005年3月至2019年9月在北京大学第三医院行全脊椎切除术的24例颈椎脊索瘤患者资料,其中采用3D打印人工椎体重建颈椎前方椎体(3D椎体组)有9例,采用钛网重建(钛网组)有15例。收集患者的年龄、性别、椎体CT值、手术信息(手术节段、手术时间、出血量及围手术期并发症)和术后内植物下沉等随访资料,采用SPSS 22.0进行数据分析。结果:比较两组患者的性别、年龄、椎体CT值、手术节段、手术时间、出血量及围手术期并发症,差异无统计学意义。术后3个月随访内植物下沉显示,3D椎体组有8例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),1例椎体高度下降>1 mm(轻度内植物下沉);钛网组有5例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),8例椎体高度下沉>1 mm(轻度内植物下沉),2例缺失术后3个月的影像学资料,两组3个月内植物下沉率的比较差异有统计学意义(P<0.05)。术后12个月随访内植物下沉显示,3D椎体组有8例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),1例椎体高度下沉>3 mm(重度内植物下沉);钛网组有4例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),2例椎体高度下沉>1 mm(轻度内植物下沉),9例椎体高度下沉>3 mm(重度内植物下沉),两组12个月内植物下沉率的比较差异有统计学意义(P<0.01),且两组的重度内植物下沉率(椎体高度下沉>3 mm)比较差异有统计学意义(P<0.05)。术后24个月随访内植物下沉显示,3D椎体组死亡1例,7例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),1例椎体高度下沉>3 mm(重度内植物下沉);钛网组死亡1例,失访1例,1例椎体高度下降<1 mm(无内植物下沉),1例椎体高度下沉>1 mm(轻度内植物下沉),11例椎体高度下沉>3 mm(重度内植物下沉),两组24个月内植物下沉率比较差异有统计学意义(P<0.01),且两组的重度内植物下沉率比较差异有统计学意义(P<0.01)。结论:在颈椎脊索瘤的全脊椎切除术中,3D打印人工椎体可提供可靠的即刻和中远期的颈椎稳定性,与钛网重建相比,能够减少术后内植物下沉的发生率。

3D打印聚醚醚酮材料修复颅骨缺损

背景:在进行颅骨重建过程中,采用不同颅骨修补材料的术后效果有一定区别,术后并发症的发生也有较大差异。目的:探讨采用3D打印聚醚醚酮材料行颅骨缺损成形的临床效果。方法:选择蚌埠医学院第一附属医院2016年2月至2020年8月收治的112例颅骨缺损患者,其中男67例,女45例,均进行颅骨重建手术,其中36例使用3D打印聚醚醚酮材料,76例使用三维钛网材料。术后随访观察两组并发症发生情况,包括皮下积液、脑积水、硬膜外或硬膜下血肿、切口愈合不良或植入物外漏、感染等。结果与结论:①聚醚醚酮组、钛网组患者分别获得术后(14.64±2.39),(15.49±2.17)个月随访,组间比较差异无显著性意义(P>0.05);两组均未出现因植入物材料原因导致植入失败的患者;②钛网组中33例患者出现并发症,其中1例为脑积水、9例为皮下积液、3例为硬膜外/下血肿、13例为切口愈合不良、3例为植入物外露、颅内感染4例,并发症发生率为43.4%;聚醚醚酮组中10例患者出现并发症,其中6例为皮下积液、1例为硬膜外/下血肿、2例为切口愈合不良、1例为颅内感染,并发症发生率为27.8%;两组术后总并发症发生率比较差异无显著性意义(P>0.05),但切口愈合不良/植入物外露发生率比较差异有显著性意义(P<0.05);③结果表明,3D打印聚醚醚酮修补材料在颅骨缺损修补应用中具有良好的生物相容性,且安全性、精确性较好,相对于钛网材料在切口愈合方面具有更好的优势。

仿生蛛网孔隙结构3D打印个性化钛网设计及三维有限元分析

背景:蜘蛛网结构具有内在的能量耗散机制,使其能承受较大的集中负荷,将其应用到3D打印个性化钛网设计上来减少由于应力集中引起的局部断裂。目的:研究新型仿生蛛网孔隙结构3D打印个性化钛网的设计方法,并应用三维有限元法对其进行生物力学分析。方法:应用锥形束CT、Mimics、Geomagic Wrap、3-matic Research和ANSYS Workbench等软件分别建立仿生蛛网孔隙结构、圆孔结构、方孔结构、六边形孔结构且厚度均为0.3 mm的4组个性化钛网有限元模型,将100 N的载荷加载在牙槽嵴顶对应的钛网上,进行有限元分析。结果与结论:①方孔、圆孔、六边形孔、仿生蛛网孔隙结构个性化钛网最大位移值分别为0.064,0.103,0.107,0.070 mm,等效应力最大分别为1633.5,1611.3,2131.2,1104.8 MPa;②各组固位螺钉在钛网受力后应力分布相似,主要集中在螺钉颈部与钛网相接触部位,方孔、圆孔、六边形孔、仿生蛛网孔隙结构个性化钛网组固位螺钉最大等效应力值分别为149.13,200.32,178.73,163.30 MPa,各组固位螺钉所受到的应力处于安全范围内;③结果显示,仿生蛛网孔隙结构个性化钛网能很好地分散钛网应力,减少应力集中现象;同时,0.3 mm厚度仿生蛛网孔隙结构个性化钛网可以满足大面积颌骨缺损重建机械强度的要求。

保留STL模型特征细节的3D打印自适应分层算法

针对传统的3D打印自适应分层算法存在计算过程复杂、无法消除阶梯效应影响、不能保留模型特征以及特征容易丢失等问题,提出了一种改进的保留STL模型特征细节的自适应分层算法。该算法首先判断模型当前层是否含有显著特征边;然后针对当前层含有显著特征边的情况,通过相邻2个三角网格法矢量的夹角来适应性确定层厚,对不含显著特征边的情况,利用三角网格法矢量与成型方向的夹角来自适应确定层厚,对于模型存在特征偏移的情况,则通过相邻切平面封闭曲线个数变化来适应性地确定层厚;最后将上述3种情况下自适应层厚的最小值作为当前分层的依据。研究结果表明:对于所采用的恐龙模型,所提算法不仅很好地保留了模型的细节特征,而且显著提升了模型成型质量;与基于三角面片法的矢量自适应分层算法和仅保留模型特征的自适应分层算法相比,所提算法的模型精度分别提升了28.6%和31.7%。该算法减小了阶梯效应以及模型特征丢失和偏移对打印质量的影响,提高了模型的打印精度。

3D打印个性化钛网在口腔种植骨增量中的研究进展

近年来,钛网因其良好的力学性能和空间维持能力在引导骨再生(guided bone regeneration,GBR)中得到应用。传统钛网需要在术中弯制和调整,不仅增加了手术时间,且弯制后的锐利边缘可能损伤软组织,增加钛网暴露的风险。个性化钛网采用增材制造(又称“3D打印”)技术制作,极大缩短了手术时间,降低了钛网的暴露率。本文对3D打印个性化钛网的性能特点、应用现状、并发症的处理与预防等相关研究进行综述,以期为个性化钛网在种植骨增量中的临床应用提供参考。

插值Loop细分Pytorch3D三维VR重建

针对Pytorch3D三维重建的模型易产生空洞、断角和狭长三角形的问题,提出一种基于插值Loop细分的Pytorch3D三维重建方法。首先从20个视角对1个包含纹理的三维模型进行采样,采样后的图像合成为原始数据集;接着使用ResNet-50网络学习图像特征,使用三维卷积模块提取三维特征;随后用插值Loop细分原始网格,并以结果网格作为变形网格,将提取的特征投影到网格顶点上,利用图卷积神经网络实现变形,最终完成三维重建。结果表明,所提方法较好地解决了原版Pytorch3D方法的空洞、断角、狭长三角形问题,重建损失值和Hausdorff距离显著下降,三维重建可视化效果更好。

3D打印个性化钛网应用于引导骨再生术的精度研究

目的:研究3D打印个性化钛网(3D printing individualized titanium mesh)在牙槽骨引导骨再生手术过程中的植入精度。方法:将9例因严重牙槽骨缺损而使用3D打印个性化钛网作为支架材料进行引导骨再生术(guided bone regeneration,GBR)患者的术后即刻和术后6~9个月的CBCT数据进行三维重建,将实际钛网与术前设计钛网模型进行数字化拟合,比较钛网整体偏差及形变角度。结果:GBR术后即刻钛网与术前设计钛网之间平均偏差为(0.76±0.23)mm;术后6~9个月钛网与术前设计钛网之间平均偏差为(0.71±0.19)mm;术后6~9个月钛网与术后即刻钛网之间平均偏差为(0.35±0.11)mm。最大偏差值出现在术后即刻钛网与术前设计钛网之间,为3.50 mm。钛网形变角度结果显示,与术前设计相比,GBR术后即刻钛网的形变角度最大为21.49°,最小为0°,平均为(9.92±8.72)°。钛网形变角度与平均偏差相关性分析结果显示,钛网形变角度越大,其与设计钛网产生的偏差越大。结论:3D打印个性化钛网应用于牙槽骨引导骨再生术,钛网实际位置及形态较术前设计存在偏差,需要进一步研究提高3D打印个性化钛网在GBR中的植入精度。

3D打印制备人工集料及性能研究

受岩石种类及力学性能的影响,传统工艺所生产的集料形态存在明显差异,难以定性和定量研究其对沥青混合料性能的影响。因此,本文基于3D打印技术,提出一种形态特征、粒径和体积可调控的人工集料制备方法。首先,扫描并获取不同形态特征集料的三维模型,调整获取模型的粒径及体积,以聚乳酸(PLA)为原材料,3D打印特定形态、粒径和体积的集料颗粒。然后,使用硅胶复模方法,以水泥砂浆为原材料,制备具有特定形态特征的人工集料。结果表明,所制备人工集料的表面积误差小于6%,体积误差小于3%,压碎值、磨耗值、坚固性、黏附性等级等质量技术指标均符合规范要求。通过3D打印技术,可制备形态特征良好、具有特定粒径和体积的人工集料用于代替天然集料,为进一步开展集料形态特征对沥青混合料性能影响的相关研究提供技术支撑。

3D打印个性化钛网在牙种植区骨增量中的应用

3D打印个性化钛网作为引导骨再生(guided bone regeneration,GBR)的屏障膜在牙槽骨缺损重建中应用,具有新骨重建空间维持好和可预期水平和垂直骨增量的优点。本文通过对3D打印个性化钛网厚度和孔隙度、成骨性能、设计与制作、手术方法、并发症和术后骨增量与术前预期骨增量的比较,以及3D-PITM暴露的影响因素与防治等方面进行综述。