3D打印混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究3D打印混凝土弯曲疲劳性能,通过216根3D打印试件弯曲疲劳试验,分析不同钢纤维体积率ρ_(f)和纤维长度l_f对构件弯拉强度和弯曲疲劳性能的影响规律,基于双参数Weibull分布理论推导不同失效概率下的疲劳寿命计算公式,提出不同失效概率下的疲劳方程lg S=lg a-b lg N,并进一步分析钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)对构件疲劳性能的影响规律。研究结果表明:3D打印混凝土构件疲劳破坏实际是钢纤维发挥阻裂作用的过程,在裂缝产生、扩展、收缩、再扩展、再收缩直至破坏的过程中,裂缝的宽度、长度和深度一直在发生变化,从宏观角度是材料强度和弹性模量不断下降的过程,而微观角度是材料内部组织结构不断劣化的过程。3D打印构件中掺入的钢纤维能够有效阻止横向裂缝的产生和扩展,显著提升混凝土构件的抗弯拉强度、阻裂能力和耐疲劳性能,使其破坏形式由突然脆性破坏过渡为具有韧性的塑性破坏。钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)是影响构件抗弯拉疲劳性能的重要因素,在相同的应力比S=0.65作用下,钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)由0增至0.60时,构件疲劳次数N提高了252%;相同的疲劳次数N=10^(6)作用下,钢纤维ρ_(f)l_(f)/d_(f)由0增至0.60时,应力比提高了9.15%。3D打印混凝土试件中,钢纤维体积率ρ_(f)比钢纤维长度l_f对疲劳性能的影响程度更明显。研究结果为进一步推动3D打印技术在道路、桥梁等基础设施领域的应用,促进交通行业智能化、工业化发展具有重要意义。

3D打印在动物骨骼制作中的应用

3D打印技术,又称为增材制造,是一种快速成型技术。因其耗材低、效率高、制作过程简单方便且成品精密,已经广泛应用于生物工程、高等教育、口腔科学和机械等领域。对3D打印技术的原理、优势及应用、动物骨骼标本的意义及所面临的问题、3D打印在动物骨骼制作中的应用、前景和不足之处进行了总结综述,并提出利用3D打印技术制作动物骨骼标本,能够有效解决文化旅游产品的收藏、科普需求问题,促进动物骨骼标本对同行业、教育系统及博物馆等领域的输出,实现动物骨骼的研究、教学和宣传科普,带动3D打印行业的发展。

3D腹腔镜平行重叠吻合法联合NOSE在右半结肠癌切除术中的应用研究

目的:探讨3D腹腔镜平行重叠吻合法联合NOSE在右半结肠癌切除术中的临床应用效果。方法:回顾性分析2017年1月至2019年10月68例右半结肠癌腹腔镜手术患者临床资料,其中3D腹腔镜平行重叠吻合法联合NOSE组(观察组)46例,2D腹腔镜改良三角吻合法组(对照组)22例。结果:两组吻合时间、排气时间、进食时间差异具有统计学意义,吻合口漏、吻合口出血发生率、术中出血量差异无统计学意义(P>0.05)。3D腹腔镜手术时术者团队协调度、吻合口操作难度、手眼协调度、画面体力感与2D腹腔镜手术时差异有统计学意义(P<0.05)。结论:3D腹腔镜平行重叠吻合法联合NOSE在右半结肠癌切除术中更具有优势。

3D打印材料模拟脆性煤岩单轴加载力学特征的初步研究

传统的岩石取样方法以及模具浇筑常受到人工操作误差及取样内部结构复杂差异大的影响,导致岩石试件获取的周期时间长,精度低,造成试样的力学试验结果离散性大。3D打印技术具有精度高、周期短、打印材料多样化等优点,考虑到岩石力学研究受到试件各向异性、结构面复杂、随机性高及试件制备存在误差等因素影响,为寻求能够模拟天然煤岩的3D打印材料,选取了聚乳酸塑料(PLA)、光敏树脂材料SLA600及Vero White Plus,以及覆膜砂粉末材料4种材料制备标准力学试验试件进行单轴压缩试验,获取了4种材料的3D打印试样的力学参数及应力-应变曲线,并对比分析了它们与煤岩的表观破裂模式的相似性。结果表明:光敏树脂材料Vero White Plus与砂岩岩样的峰值强度、杨氏模量、泊松比及应力-应变曲线整体趋势相近;覆膜砂材料与所选煤样的峰值强度、杨氏模量及应力-应变曲线相近;表观破坏模式方面,PLA材料未发生与煤岩相似的脆性破坏;两种光敏树脂材料均发生了拉张与剪切破裂,其中SLA600材料表现出局部膨胀性,Vero White Plus材料与SLA600相比更适合模拟高强度的脆性硬岩;而覆膜砂3D打印试件的破裂特征及力学特性与低强度软岩相似,可作为低强度的脆性煤体的3D打印相似材料。

小型猪冠状动脉的三维建模与3D打印研究

目的探讨小型猪冠状动脉三维模型的构建方法及其3D打印模型的意义。方法选取1例新鲜正常离体小型猪心脏,灌注"环氧树脂-氧化铅"填充剂并铸型后,行128层螺旋CT薄层扫描采集二维图像数据集,利用Mimics 19. 0软件构建小型猪冠状动脉数字化三维模型,3D打印机打印其实体模型。结果基于CT原始数据,利用Mimics 19. 0软件成功构建出小型猪冠状动脉三维模型。重建模型清晰逼真、立体感强,可在三维空间任意缩放、平移及任意角度旋转,且可通过调整阈值范围分割显示左、右冠状动脉及其分支走行分布。结论血管三维重建技术和3D打印技术可以直观显示虚拟和现实小型猪冠状动脉的三维状态,可有效地辅助当前数字化、精准化医疗的发展方向,可为先心手术和影像解剖学教学提供一个仿真平台和实践工具。

基于WebGIS的多尺度“矿床学”3D虚拟标本库建设

实践教学的创新对"矿床学"教学研究具有非常重要的作用,本文针对"矿床学"实习过程中遇到的野外观察有限的困难,发挥学科交叉的优势,采用3D建模、WebGIS等技术,建设基于WebGIS的"矿床学"3D虚拟标本库,使学生能够通过电脑和手机重现观察点虚拟场景和虚拟标本模型,在实习中改革实践教学模式,启发学生兴趣,加强学生实践能力和综合素质的培养。

3D打印技术在动物解剖学教学中的应用展望

动物解剖学具有较强的专业性和实操性,要求学生借助大量动物标本掌握畜体组织结构,以便后续临床诊断等课程的学习,促进理论与实践相结合。针对动物解剖学传统教学上的问题,提出在教学中应用3D打印技术的方案。同时就目前3D打印技术的应用现状与教学需求,阐述了3D打印技术辅助教学的优势,对3D打印技术在动物解剖学教学中的应用作出展望。

3D腹腔镜无切口与小切口直肠前切除术腹腔冲洗液培养结果分析

目的对比关节镜保护套进行3D腹腔镜无切口与小切口直肠前切除术腹腔冲洗液培养结果情况。方法纳入2017年11月至2018年6月期间同济大学附属东方医院胃肠肛肠外科连续收治入院、接受手术治疗的高位直肠和乙状结肠癌病人,根据病人术前评估情况及病人意愿分为经自然腔道取标本手术(NOSES)组和小切口组,分别实施3D腹腔镜下NOSES或小切口根治性直肠前切除术,收集术后病人腹水标本进行细菌及真菌培养,并统计分析两组临床病理特征差异。结果NOSES组共纳入有效病例26例,小切口组共纳入有效病例34例。腹腔冲洗液培养结果显示,NOSES组有2例病人细菌培养结果阳性,培养出细菌分别为屎肠球菌、粪肠球菌及阴沟肠杆菌;小切口组有1例病人细菌培养结果阳性,培养出细菌为粪肠球菌、阴沟肠杆菌。两组真菌培养结果均为阴性。另外,NOSES组病人肿瘤距离肛缘距离、切除肿瘤最长径及pT分期均显著小于小切口组,但两组在病人性别、年龄、肿瘤组织学、分化程度、脉管神经浸润及pN分期方面差异均无统计学意义。结论在应用关节镜保护套建立标本取出通道后,NOSES手术不会增加腹腔内污染的概率。

3D腹腔镜下直肠癌根治术患者经自然腔道取标本的护理配合

目的:探讨3D腹腔镜下直肠癌根治术患者经自然腔道取标本(NOSES)的护理配合方法。方法:将301例接受常规腹腔镜直肠癌根治术患者设为对照组,采取常规腔镜手术护理配合。将105例接受NOSES手术患者设为观察组,给予积极护理配合。比较两组临床效果。结果:两组术后疼痛评分及切口感染率比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:3D腹腔镜下直肠癌NOSES术是安全可行的,熟练的术中护理配合是手术成功的重要保证。

3D打印石膏试件力学性质实验

3D打印技术目前已广泛应用在医疗、航空、汽车、建筑等领域,文中做了3D打印技术在岩石力学领域的应用尝试.利用3D打印技术制作两种类型的石膏试件进行实验室单轴压缩试验.实验表明:3D打印技术可以快速、精确、灵活地制作出所需复杂尺寸的试件;打印石膏试件密度较低;3D打印石膏试件具有强度低和塑性强的特性;简单标准试件的力学性质具有可重复性,含裂纹试件力学性质差异较大;含裂纹试件的制作尚存在技术上的困难.

单轴压缩下加锚裂隙类岩石试块裂纹扩展试验及PFC^(3D)模拟

为探究锚杆对裂隙岩体的锚固效应及其对裂纹扩展的影响,分别制作裂隙倾角为15°、30°、45°、60°、75°以及90°的无锚和加锚类岩石试块,利用MTS816岩石伺服试验机进行单轴压缩试验,并采用声发射和数字照相技术对裂纹扩展过程进行同步监测和记录。此外,使用颗粒流软件PFC^(3D)进一步研究不同锚固角对裂纹扩展的影响。结果表明:锚固体的峰值强度、弹性模量以及起裂应力较无锚试块均有提高。锚杆的存在降低了拉伸裂纹萌生和扩展时的应力强度因子,能够有效限制拉伸裂纹的萌生和扩展,并且抑制剪切裂纹的出现。拉伸裂纹的萌生和扩展过程可分为初始阶段和加速阶段,加锚试块预制裂隙两端特征点的位移明显小于无锚试块。根据PFC^(3D)模拟结果,锚固角β=45°时,锚杆锚固作用最明显,随着锚固角度b的增加,拉伸翼裂纹发育程度先增高后降低,预制裂隙试块破坏模式由剪切破坏转为拉剪复合破坏,再转变为剪切破坏。该研究结果可为分析岩体工程的稳定性提供一定的参考。

基于3D成像技术的生物标本数字化研究

文章通过采用3D成像技术对生物标本进行数字化制作、储存和应用的研究,结果表明,采用3D成像技术能以更为真实、完整的形体和色彩来替代浸制标本,还能节省标本场馆建设和标本保存液、器皿购置等大宗开支,无论在标本制作、保存、更新维护、受众数量等方面均具有无可比拟的优势,极具推广价值和良好的应用前景。

Numerical simulation of asphalt mixture based on three-dimensional heterogeneous specimen

In order to verify the validity of finite element numerical simulation method for asphalt mixture, which consists of aggregates, mastic （where mastic is a kind of fine mixture composed of asphalt binder mixed with fines and fine aggregates） and air voids, based on three-dimensional （3D） heterogeneous specimen, X-ray computerized tomography （X-ray CT） was used to scan the asphalt specimens to obtain the real internal microstrnctures of asphalt mixture. CT images were reconstructed to build up 3D digital specimen, and the viscoelastic properties of mastic were described with Burgers model The uniaxial creep numerical simulations of three different levels of aggregate gradation were conducted. The simulation results agree well with the experimental results. The numerical simulation of asphalt mixture incorporated with real 3D microstructure based on finite element method is a promising application to conduct research of asphalt concrete. Additionally, this method can increase the mechanistic understanding of global viscoelastic properties of asphalt mixtures by linking the real 3D microstructure.

显微灌注结合3D打印制作股骨头内动脉铸型标本

目的探索制作猪股骨头内动脉铸型标本的血管显示方法。方法于3例猪股骨头3根支持带动脉主干显微灌注环氧树脂大红色精混合液,凝固后进行碱腐蚀去除软组织,3D扫描股骨头轮廓并打印模具。酸腐蚀及冲洗股骨头至完全显露头内动脉。3D打印模具置于暴露血管的股骨头上并填充环氧树脂,凝固后去除模具并对股骨头表面进行抛光,制成显露股骨头内血管网的透明股骨头。结果环氧树脂大红色精混合液铸型剂灌注后酸碱腐蚀冲洗,成功制成了猪股骨头内动脉铸型标本。应用3D打印技术成功复原股骨头,并制成了显露股骨头内血管网的透明股骨头。结论显微灌注腐蚀法能成功制作股骨头动脉铸型标本,此标本为研究股骨头血液供应提供了形态学基础。3D打印填充技术成功建立了透明股骨头血管标本,能够较好的保留股骨头的轮廓及头内血管。

5种检疫性昆虫标本3D打印研究

利用数字化三维立体扫描和构图技术,研究了5种检疫性昆虫标本的3D模型打印方法。以5种昆虫三维数字模型为基础,通过比较模型与昆虫实物的整体以及细微结构特征的拟合度,筛选优化出昆虫3D打印最佳方案和最优着色方法。结果表明应用光敏树脂3D打印技术打印的标本模型与标本实体细节特征拟合度较高,并在此基础上研究得出了适用于昆虫的最佳打印流程,该打印方法具有易学、简便、高效、仿真度高等优点,为研究昆虫高仿度非实物标本的制作工艺提供了有益的探索。

直写式硅胶3D打印系统设计

针对柔性器件制备工艺复杂、定制化程度低等问题,课题组设计了直写式硅胶3D打印系统。该系统利用精密螺杆泵将高黏度单组份室温固化硅橡胶挤出,通过三轴运动平台对胶线的轨迹进行精准控制,经逐层堆积以及室温固化实现柔性器件的精确制备;通过测量堆垛结构的线距和对标准哑铃试样力学性能测试,对制备的柔性器件进行尺寸及静力学分析。结果表明:制备样品尺寸的相对误差在3%以内,哑铃式样机械性能良好,系统可以按要求进行柔性器件打印。直写式硅胶3D打印系统为柔性器件的制备提供更简化的工艺以及丰富的个性化定制。

保留左结肠动脉联合经自然腔道取标本3D腹腔镜结直肠癌根治术治疗结直肠癌的效果

目的:探讨保留左结肠动脉联合经自然腔道取标本3D腹腔镜结直肠癌根治术治疗结直肠癌的效果。方法:选取2019年6月-2020年9月江苏大学附属句容医院拟行保留左结肠动脉3D腹腔镜结直肠癌根治术的60例结直肠癌患者。根据随机数字表法将其分为经自然腔道组和对照组,各30例。两组均给予保留左结肠动脉3D腹腔镜结直肠癌根治术。经自然腔道组经自然腔道取标本,对照组经腹壁切口取标本。比较两组围手术期指标,术后6、12、24、48 h疼痛情况,术前及术后1 d炎症因子,复发及并发症情况。结果:经自然腔道组术中出血量少于对照组,总住院时间短于对照组,术后肛门排气时间早于对照组(P<0.05)。术后6、12、24 h,经自然腔道组数字评分法(NRS)评分低于对照组(P<0.05)。术后1 d,经自然腔道组C反应蛋白(CRP)水平低于对照组(P<0.05),两组降钙素原(PCT)水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。经自然腔道组平均随访(8.22±1.94)个月,对照组平均随访(8.37±1.85)个月,两组随访时间比较差异无统计学意义(t=0.307,P>0.05)。随访期间,两组结直肠癌均未见复发。两组术后并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论:保留左结肠动脉联合经自然腔道取标本3D腹腔镜结直肠癌根治术效果更好,能够减少术中出血量、减轻术后疼痛、促进胃肠功能恢复。

3D打印在兽医教学标本中的应用

3D打印技术的作用原理,同样应用于教学标本中,3D打印材料与原来标本制作材料相比有优胜之处,3D打印技术在现阶段既有优点也有不足,3D打印技术应用于教学标本中的可行性和部分问题,用更直观具体的教学方式对兽医教学带来的全面改变。

地质露头与标本的三维数字化现状与展望

进入大数据时代以来,知识图谱、人工智能、虚拟仿真等诸多高新技术迅速发展,地球科学的研究方法也在不断与时俱进。相比传统的二维图像和文本信息,三维数字模型能提供更加丰富多样的数据,可以在基础研究和应用领域发挥重要作用。地质露头和三维标本的数字化是三维建模技术在地球科学领域的两类典型案例。文章对数字露头和三维标本数字化的建设现状进行了调研,对现阶段常用数字化技术、数据共享与开发服务方式以及目前具有代表性的数字地质露头与三维标本数据库进行了介绍,并对调研结果进行了总结分析。此外,还归纳了目前存在的一些问题,从数据建设标准规范、建设内容以及功能拓展等方面,对未来发展进行了展望。

基于影像的三维建模软件在岩矿标本建模中的比较分析

随着科技的不断进步,三维建模技术在地质学领域得到了广泛应用。传统实物标本存在同一类标本数量有限、无法随时查看的缺点,而三维模型不仅有着逼真的效果,而且具有数量无限、随时查看的优势。基于此,对三款常用的基于影像的三维建模软件进行综合比较分析,从对齐成功率、手动处理量、建模耗时量及纹理精细度四个方面进行评估。比较发现,ContextCapture软件在岩矿标本建模中具有一定的优势。因此,在岩矿标本建模中,可以优先考虑使用ContextCapture软件来建立岩矿标本的三维模型。