基于智能3D视频教学模式在骨外科学实践教学的应用研究

目的:探索和评价基于智能3D视频教学模式下骨外科学临床实践教学模式的理论基础及应用效果。方法:以右江民族医学院临床2015级1~5班248名实习本科生为试验组,以同年级6~10班242名实习临床本科生为对照组,试验组采用智能3D视频教学授课模式进行临床实践教学,对照组采用常规多媒体教学+模拟手术教学模式;通过同一套试题进行理论考试、技能考核和问卷调查对比两组学生的理论考核成绩、临床思维和实践能力考核和课堂满意度测评的差异,探索和评估两种教学模式在骨科实践教学的应用效果。结果:试验组明显优于对照组,差异比较有统计学意义(P<0.05)。结论:基于智能3D视频教学模式对于提高学生理解和实际临床技能有较好的实践效果,在骨科临床实践教学具有较好的应用前景。

3D打印教具结合CBL教学法在神经外科住培中的应用

目的探讨3D打印教具结合以案例为基础的教学法(case-based learning,CBL)在神经外科住院医师规范化培训(简称住培)中的应用价值。方法选取2022年7月—2022年12月在绍兴市人民医院神经外科进行住院医师规范化培训的60名住院医师为研究对象,随机分为试验组(n=30)和对照组(n=30)。试验组采用3D打印教具结合CBL教学法进行教学,对照组采用传统CBL教学法进行教学,教具主要为普通影像学资料。培训结束后对2组学员进行理论知识考核、影像读片考核以及满意度评估,其中满意度又细分为提高学习兴趣、加深课程理解、提高操作能力、提高学习自信、提高沟通能力5个方面。结果试验组的理论知识考核成绩[(85.80±4.56)分]高于对照组[(82.30±5.47)],差异有统计学意义(P<0.05)。试验组的影像读片考核成绩[(84.73±3.94)分]高于对照组[(80.97±5.10)],差异有统计学意义(P<0.05)。试验组在提高学习兴趣、加深课程理解、提高操作能力方面的满意度(86.67%、66.67%、70.00%)均高于对照组(56.67%、36.67%、40.00%),差异有统计学意义(P<0.05)。试验组在提高学习自信、提高沟通能力方面的满意度(60.00%、73.33%)与对照组(53.33%、50.00%)比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印教具结合CBL教学法可以增强神经外科住院医师规范化培训的效果。

3D打印技术在住院医师规范化培训骨肿瘤案例式学习法中的应用

目的:分析评价3D打印技术在住院医师规范化培训骨肿瘤案例式学习法(case-based learning,CBL)中的应用效果。方法:纳入我院骨科住培基地学员60名,随机分为试验组(3D打印+CBL组)和对照组(床边带教组),通过考试和问卷调查评价3D打印技术在住培骨肿瘤CBL教学中的应用效果。结果:试验组学员理论知识考核成绩和实践能力考核成绩均高于对照组(P<0.05)。试验组学员在总体满意程度、学习兴趣、教学吸引力、知识掌握程度、临床沟通交流能力和治疗方案理解程度方面的评分均高于对照组(P<0.05)。结论:3D打印技术联合CBL教学以案例为基础,突出骨肿瘤专业学习的重点和难点,提高了住培学员的学习兴趣和临床综合能力,值得在住培工作中推广应用。

3D打印用砂浆的可打印性能研究

现有研究和相关技术标准多采用观测法检验3D打印材料的打印性能,缺少对可挤出性和可建造性的量化评价指标。本文基于流动度等常规工作性能指标对可打印性能的影响,提出挤出均匀性、累计形变率两个量化指标,用于评价3D打印材料的可打印性能,并在本试验条件下建立常规工作性能指标与打印质量的联系。结果表明:3D打印砂浆的挤出均匀性随流动度的增加先提高后降低,随动态屈服应力的增加而降低;累计形变率随高度保留率的增加而降低,随静态屈服应力的增加而降低。本试验参数条件下,当挤出均匀性小于3.5%、累计变形率不大于6%、动态屈服应力为200~800 Pa、静态屈服应力为1800~3300 Pa时,砂浆打印层数较高(不小于30层),可打印性能较好。

基于3D-motif法的刮研表面形貌表征

针对刮研表面微观特性和功能机理研究中缺少表面形貌量化表征方法的问题,采用3D-motif法对刮研表面形貌进行表征。使用LI-3型接触式三维表面形貌测量仪对刮研表面进行测量,并利用三维点云数据生成刮研表面的二维灰度图像。然后,根据3D-motif法中集水盆地的定义,采用分水岭算法对刮研表面的灰度图像进行motif分割与合并。以不同精度等级的刮研表面的整体纹理区域motif分割结果为对象,定义了特征显著度并提取计算了刮研表面在2种不同面积尺度(25 mm^(2)和0.25 mm^(2))上的深度、面积、方向角、各向异性率、扁平系数和特征显著度等6项motif参数。结合部分motif参数的分布情况和motif数量的变化趋势,从形貌特征的尺寸和形态两个方面对刮研表面进行了表征和分析,实现了以较少参数完整表征刮研表面的三维形貌。研究结果可为后续刮研表面微观特性的深入分析提供理论基础。

基于3D打印模型的CBL教学法在神经外科教学中的应用

目的探讨基于3D打印模型的案例教学法(case-based learning,CBL)在神经外科教学中的应用效果。方法选择2022年9月—2023年9月新疆医科大学2015级68名在新疆医科大学第一附属医院神经外科临床实习的本科生为研究对象。将68名学生随机分为2组,CBL结合3D打印模型组34名,CBL教学组34名。对比2组学生学期结束后对教学的满意度、考核成绩。结果学期结束后,CBL结合3D打印模型组理论水平、病例分析、影像阅片成绩及总分分别为(37.2±1.2)分、(37.4±0.9)分、(18.6±0.9)分、(93.2±2.1)分,均高于CBL教学组的(36.0±1.6)分、(36.3±1.5)分、(17.9±1.1)分、(90.3±2.7)分,差异有统计学意义(P<0.05)。CBL结合3D打印模型组教学满意度优于CBL教学组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论与CBL教学法相比,基于3D打印模型的CBL教学法具有更好地激发学生的学习兴趣、提高教学效率和整体教学效果等优点。

3D打印立体着色方式与颜色再现特性研究

目前,3D打印技术的核心要素不仅在于模型的形状构建,对于颜色的精确再现也提出了更高的要求。由于着色方式不同,3D打印物体的颜色再现效果也会不同,从而对3D打印颜色精准再现和评价分析有一定的影响。因此,本研究基于UV 3D打印,设计并打印了三种不同着色方式的模型,分别是内填彩色模式和表层彩色模式(表面1层彩色模式,表面2层彩色模式),研究着色方式和层数对不同颜色的3D立体模型表面颜色再现的影响,并对明度、密度和色差进行分析总结。结果显示,相同层数下,彩色层越少,则明度越大,密度和色差越小。这表明边界着色方式优于全域着色方式,并且表面彩色层越少,再现效果也越好。本研究可为三维打印中的彩色复制提供理论依据和支持。

连续芳纶纤维增强PLA复合材料3D打印技术成型缺陷及工艺优化方法研究

连续纤维3D打印技术结合了复合材料高力学性能和3D打印灵活制造的优点,具有较大发展潜力。然而现有工艺制得的零件存在较多成型缺陷,影响了该技术的大规模应用。本文基于自行研制的3D打印设备制造芳纶纤维增强PLA试验件,研究试验件成型质量并提出了滑移缺陷发生条件,系统研究了纤维束滑移、剥离、断裂和层间孔隙等缺陷,最后提出优化打印速度、路径变化角、冷却系统和喷嘴外形四种工艺优化方法,设计了相关试验进行验证。结果表明,优化打印速度、路径变化角和增设冷却系统可将纤维束滑移距离分别降低45%、81%和50%,优化喷嘴设计可将纤维束断裂率降低90%。本研究为基于3D打印的复合材料设计和制造提供了新的思路和解决方案。

基于FLAC^(3D)的延吉某工程边坡稳定性研究

边坡稳定性是边坡防治工程的关键技术问题,边坡的稳定性问题直接关系到人们的生命财产安全。本文以延吉市某建筑边坡为工程背景,通过现场调查及钻探资料、试验分析、数值模拟等手段,获取边坡岩土物理力学参数,运用FLAC^(3D)软件,采用摩尔-库伦本构模型对该边坡进行稳定性分析评价。选取两个典型剖面建立模型,模拟分析边坡仅在重力影响下的应力以及最大不平衡力变化情况。计算得出两个剖面的安全系数,分析每个剖面的X向应力云图、Z向位移云图与剪切应变增量图。通过对比得出边坡位移和应力变化趋势,确定边坡易发生失稳的区域并判断边坡是否需要治理。本文对延吉某边坡进行稳定性计算,探究其变形破坏机理,意为类似工程的稳定性分析和治理设计提供参考。

3D打印、PBL与EBL教学法在骨科教学中的应用

目的 探讨3D打印、PBL与EBL教学法在骨科教学中的应用价值。方法 选取2019级骨科专业50名学生为教学对象,随机分为两组,每组25人。对照组采用传统讲授式教学法,研究组采用3D打印、PBL与EBL相结合教学法,课程结束后对两组进行教学考核及评价。结果 研究组理论和实践操作考试成绩均高于对照组,对实践教学的满意度也显著高于对照组(P<0.05)。结论 结合3D打印技术的直观性、PBL教学的探究性和EBL教学的实践性,可以更好地培养学生的自主学习、实践操作和解决问题能力,提高骨科教学质量和效果,值得推广。

3D矢量空间和最优最劣法在绿色产品设计决策方法中的应用

为了解决目前绿色产品设计方案中产品基础属性考虑欠缺,以及缺乏可视化比较方法的问题,提出一种基于3D矢量空间和最优最劣法(Best worst method,BWM)的绿色产品设计多属性决策方法。通过功能、外观和可持续3个维度为绿色产品设计的基础属性构建3D矢量空间,并对每个维度扩充其包含的下级属性;利用间隔方法优化的BWM获得三个维度及各维度下级属性的权重分配;通过3D矢量空间求得各备选方案的总体评价得分,实现客观科学的绿色产品设计多属性决策。以电动汽车的绿色产品设计方案为例,验证了所提方法的可行性和有效性。

3D打印结合临床路径教学法在骨科实习教学中的应用

目的探讨3D打印结合临床路径教学法在教学医院骨科临床毕业实习教学中的价值。方法选取2022年9月至2023年6月在重庆中医药学院附属骨科医院的60名毕业实习生,随机分为对照组与观察组,观察组教学模式为3D打印结合临床路径教学法,对照组仅接受临床路径教学法,2组均由同一名经验丰富的高年资教师带教。实习结束后,由骨科教研室统一进行理论及技能的客观考核。实习生自己对其教学内容的理解、学习兴趣积极性、师生交流学习能力、表达分析问题能力、满意度进行主观评价。结果对照组理论成绩为(78.23±5.18)分,观察组为(83.20±5.17)分,2组比较差异有统计学意义(P<0.001)。对照组技能成绩为(81.47±5.66)分,观察组为(83.07±4.96)分,2组比较差异无统计学意义(P>0.05)。经统计学分析,观察组学生自我认知评定得分及满意度均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论3D打印与临床路径教学法有机结合,将骨科教学中抽象的知识具象化,不仅可以充分激发学生的学习兴趣,还可以使学生更好地掌握骨科常见疾病的临床路径形式、疾病模型等,从而保证了教学医院的良好带教效果。

基于FLAC^(3D)和概率积分法的公路下伏采空区变形影响分析与评价

某矿S3102工作面上方地表有市政二级公路,工作面开采造成部分路面下沉塌陷损毁。为了对公路损毁程度进行准确评估,分别用FLAC^(3D)数值模拟方法和概率积分法对地表移动变形进行预测计算,计算结果与实测数据进行对比分析。FLAC^(3D)数值模拟结果和概率积分法计算结果分别显示,公路地表最大下沉值分别为4979 mm和4880 mm,与实测公路地表最大下沉值4870 mm十分接近,最大误差在2%左右。研究结果表明,利用三维数值模拟软件模拟和概率积分法研究复杂采空区影响地表移动变形规律是可行的,能够较为准确地预测地表移动变形情况,可为采空区地表稳定性评估提供技术支持,供类似矿区道路塌陷预测研究借鉴。

基于连续碳纤维3D打印的结构拓扑优化及工艺研究

本文利用3D打印技术制备了“椭圆形跑道”样件来研究不同纤维角度和纤维层分布对样件机械性能的影响,并通过实验考察各种力学测试中样件的断裂模式。然后基于变密度的拓扑优化理论对三点弯曲梁、C形夹和弹架悬臂进行结构拓扑优化,并通过力学性能实验进行验证。结果表明,在所有的测试中都观察到样件具有各向异性的机械性能,其中纤维方向具有最高的强度和刚度,而跨层方向具有较低的强度和刚度。通过有限元分析和压缩试验表明,经过拓扑优化的连续碳纤维3D打印弹架悬臂结构能够经受住极端运行条件的考验。

低温冷凝沉积法3D打印骨组织工程左旋聚乳酸/珍珠粉复合支架

背景:大面积骨缺损的修复目前仍面临严峻挑战,研发可个性化定制、低成本且具有成骨诱导活性的组织工程支架用于骨修复意义深远。目的:探索低温冷凝沉积法实现3D打印含珍珠复合材料骨组织工程支架的工艺流程,并进一步测试该复合支架的理化性能和体外生物学功能。方法:采用研磨过筛法制备珍珠粉,将不同质量的珍珠粉加入左旋聚乳酸墨水中,使珍珠粉与左旋聚乳酸的质量比分别为0,0.1,0.2,0.3,0.5,采用低温冷凝沉积法3D打印左旋聚乳酸/珍珠粉复合支架。检测支架的微观形貌、抗压性能、水接触角、细胞相容性以及体外促成骨分化能力。结果与结论:①扫描电镜显示5组支架均有直径2μm甚至更小的微孔,形状不规则且相互连通;②5组支架均具有良好的抗压性能,其中珍珠粉0.5组支架的压缩强度高于其他4组支架(P<0.05),珍珠粉0.2组、珍珠粉0.5组的水接触角小于珍珠粉0组(P<0.01,P<0.001);③将骨髓间充质干细胞分别与5组支架共培养1,3,5 d,珍珠粉0.1组、珍珠粉0.2组、珍珠粉0.3组、珍珠粉0.5组培养3,5 d的细胞增殖均快于珍珠粉0组(P<0.05);培养1 d的活死染色显示,各组支架上的细胞数量较少,但均为活细胞;④将骨髓间充质干细胞分别接种至珍珠粉0组、珍珠粉0.1组支架表面进行成骨诱导分化,珍珠粉0.1组诱导4,6 d的碱性磷酸酶活性高于珍珠粉0组(P<0.05);⑤结果表明,左旋聚乳酸/珍珠粉复合支架具有良好的抗压强度、亲水性、细胞相容性与促成骨性能。

基于ShapeMetrix 3D及修正BQ分级法的节理岩体稳定性分级

岩体稳定性分级是反映岩体完整性、判断岩体质量好坏、确保矿山开采安全的重要工作。为了准确高效地获得岩体节理产状信息,采用非接触式测量法调查岩体结构面。以大冶铁矿为工程背景,利用ShapeMetrix 3D系统对该矿现场19处节理裂隙进行了精确扫描和测量,并对节理裂隙的几何参数进行了统计分析,得到了岩体产状信息。利用测量数据,基于修正的BQ分级法对该矿岩体进行分级,并将此分级结果与Q分级法和RMR分级法的分级结果进行对比,结果表明:由3种分级方法得到的岩体质量等级基本一致,岩体稳定性基本为Ⅱ级,个别位置为Ⅲ级,稳定性较好。

基于响应面法的3D打印墙体材料配合比优化

为了得到一种建筑3D打印墙体材料的配合比,以满足试验室自制的3D打印机要求为目标,通过前期试验得到基本配合比,在原配合比的基础上加入硫铝酸盐水泥、硅灰和早强剂来进一步提升材料性能。通过响应面法设计试验方案,建立3 d抗压强度、3 d抗折强度和流动度的回归模型,对模型进行方差分析和图像分析,得到3 d抗压强度、3 d抗折强度和流动度同时保持最优值时的各因素最佳水平为硫铝酸盐水泥为11.017%,硅灰为11.795%,早强剂为0.4%。根据软件给出的最佳配合比进行验证试验,结果表明:在此掺量下的3 d抗压强度、3 d抗折强度和流动度分别为13.726 MPa、2.907 MPa和17.75 mm,试验值与预测值之间相对误差较小,验证了响应面法在3D打印墙体材料配合比优化方面的可靠性。

基于螺杆挤出PLA颗粒料3D打印工艺

针对现有的熔融沉积成型(FDM)打印技术出丝不稳、打印速度较低以及打印材料受限等问题,通过不断优化打印参数(料筒温度、螺杆转速、挤出倍率以及打印速度),比较不同填充方式下打印件的力学性能,最终确定了针对聚乳酸(PLA)颗粒料的成型参数。基于这些成型参数,利用自制的螺杆挤出颗粒料3D打印设备展开工艺研究。结果表明,料筒温度在170℃,喷嘴温度在205℃以及挤出倍率为0.65时PLA颗粒料能够在出丝稳定性的同时保证孔隙率最小;对不同喷嘴直径稳定出丝时的螺杆转速进行数值模拟得出二者的拟合公式,以便在选用不同喷嘴直径时能够快速确定螺杆转速;蜂窝填充表现出更加优异的弯曲性能,其值为22.49 MPa,相比于网格填充的19.37 MPa提升了16.10%;网格填充表现出更佳的拉伸性能,其值为24.75 MPa相比于蜂窝填充的22.36 MPa提升了10.69%;并且随着层厚的增大打印件的表面粗糙度渐升高,从层厚0.6 mm的160.51μm提升到层厚1.0 mm的220.38μm,表面粗糙度升高了37.30%。

基于淀粉原料的3D打印技术及其应用

食品3D打印技术利用新兴的数字化加工技术进行制造,具有广阔的应用前景。该技术不仅可以制造出满足各种人群营养和口感需求的创新食品,还可以根据个人需求进行个性化定制食品。近年来,在食品领域,3D打印技术得到了显著发展。淀粉作为人类饮食中最丰富的碳水化合物之一,具有价格低廉、来源丰富、易获得和易改性等优势,因此被广大研究人员认为是食品级墨水的重要原料之一。该文介绍了常用的挤出型3D食品打印技术,探讨了淀粉原料在3D打印技术中的应用,影响淀粉基食品打印的关键因素及改进方法,最后针对淀粉基3D食品打印技术在未来发展中的机遇与挑战进行展望,旨在为淀粉基食品3D、4D打印技术的应用和研究提供理论依据和新的思路。

混凝土3D细观模型及准静态力学行为分析

混凝土是应用最广泛的建筑材料,在细观尺度上由砂浆、粗骨料和界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)组成,建立3D细观模型是揭示荷载作用下混凝土材料内部损伤机理的重要研究方法。基于传统的“生成-投放”法建立空间随机分布的随机凸多面体粗骨料模型,并提出骨料重力沉降和粒径缩放建模方法,实现了粗骨料体积率在50%范围内可调控;采用四面体网格划分多面体粗骨料以表征其真实形状;采用等效于零厚度粘结单元的粘结接触表征ITZ,解决了20μm~50μm厚度ITZ的网格划分问题;采用RHT材料模型表征砂浆和骨料,建立了混凝土3D细观有限元模型。随后开展了准静态单轴压缩、单轴拉伸、劈裂拉伸、双轴加载和三轴压缩条件下混凝土试件力学行为的有限元模拟。通过与试验应力-应变关系和试件破坏模式进行对比,验证了所建立的混凝土3D细观有限元模型的可靠性。进一步分析了砂浆、骨料和ITZ的强度,以及骨料粒径和体积率对混凝土单轴压缩力学性能的影响。结果表明增大砂浆强度可显著提高混凝土强度,而骨料和ITZ强度的影响较小;增大砂浆强度和ITZ强度可使混凝土峰值应变显著增大,而增大骨料强度导致混凝土峰值应变略有减小;降低粗骨料体积率和增大骨料最大粒径均可使混凝土强度略有增大且峰值应变减小。