3D打印技术在创伤性骨折中的应用

背景:3D打印技术可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,在创伤性骨折修复中展示了巨大的应用前景。目的:综述3D打印技术在创伤性骨折中的应用。方法:检索Web of science、PubMed和中国知网数据库2020-2024年发表的创伤骨科领域3D打印技术应用的相关文献,英文检索词为“traumatic fracture,3D printing technology,digital model,surgical guide”,中文检索词为“创伤性骨折,3D打印技术,数字模型,手术导板”,经筛选和分析,最终纳入60篇文献进行分析。结果与结论:①创伤性骨折是各种致伤因素导致的骨骼连续性中断和完整性破坏的骨折现象,以可靠方案提高复位愈合效果,已成为骨外科相关研究领域亟需解决的热点问题;②3D打印技术是以数字模型数据为基础的,运用粉末状金属或聚合物等可黏合成型材料以立体光刻、沉积建模和光聚合物喷射等形式制造满足需求三维实体的技术,在数字骨科生物医学领域应用广泛;③3D打印技术在疾病诊断、术前规划、重建骨折三维模型、定制骨科植入体、定制固定支具及假肢、手术导板制作和骨缺损修复等方面发挥了显著的优势,可根据患者实际病情和治疗需求设计构建模型、手术导板和个性化植入体或固定物,为创伤性骨折的治疗提供了新的思路。

3D打印个体化截骨导板结合定制钢板在开放楔形胫骨高位截骨中的应用

背景:3D打印个体化截骨导板辅助开放楔形胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎具有手术时间短、透视次数少、矫正精准度高等优点。但之前报道的截骨导板对周围软组织破坏严重、锁定钢板位置不当等问题依旧明显。目的:探究3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助开放楔形胫骨高位截骨治疗膝骨关节炎的临床疗效。方法:收集20例确诊为膝骨关节炎的患者,按手术方法分为3D组和常规组,每组10例。3D组采用3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助开放楔形胫骨高位截骨手术,常规组进行常规开放楔形胫骨高位截骨手术。分析比较两组患者手术时间、透视次数、切口长度,术前和术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角、胫骨后倾角以及计划矫正角度与实际矫正角度的差值,术前和术后1,3,6个月膝关节活动度及Lysholm评分,另外记录并发症发生情况。结果与结论:①3D组患者的手术时间、透视次数少于常规组,差异有显著性意义(P<0.001);②两组患者的术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角均较术前增大,差异有显著性意义(P<0.001),而胫骨后倾角无明显改变;3D组术后髋膝踝角、胫骨近端内侧角及胫骨后倾角与术前计划值分别相差(-0.22±0.72)°、(-0.20±0.73)°和(0.23±0.37)°,但差异均无显著性意义;3D组计划矫正度数与实际矫正度数的差值较常规组小,差异有显著性意义(P<0.05);③两组患者术后膝关节活动度及Lysholm评分均逐步升高(P<0.001);3D组术后1,3个月的膝关节活动度及术后1个月的Lysholm评分优于常规组,差异有显著性意义(P<0.05);两组患者术后3个月的Lysholm评分、术后6个月的膝关节活动度及Lysholm评分差异无显著性意义(P>0.05);④两组患者均无并发症发生;⑤上述结果说明3D打印个体化截骨导板结合定制钢板辅助和常规方法均有良好的临床疗效,但前者的手术时间更短,透视次数更少,术后膝关节功能恢复更快;并且3D打印个体化截骨导板可精准实现术前规划。

3D打印个性化正畸装置对单根牙垂直移动的三维有限元分析

背景:基于牙齿垂直移动原理,通过数字化设计结合3D打印制作个性化正畸装置,可使个性化正畸装置与单个切牙形成支抗系统。借助微种植体绝对支抗作用可对单根牙在三维方向上进行精准控制。目的:基于生物力学原理设计了牙位11、12、21、22压低移动与伸长移动的个性化正畸装置,通过三维有限元法分析个性化正畸装置的安全性与其对牙齿的移动作用。方法:应用Mimics、Geomagic Wrap、SolidWorks和Ansys Workbench软件分别建立了上颌前牙区(牙位11、12、21、22)牙槽骨-牙周膜-上颌切牙-个性化悬臂微种植体-连接板-个性化托槽的三维有限元模型,每个牙位分别设置个性化压低移动与伸长移动正畸装置,加载300 g拉力或推力,分析个性化正畸装置各部件应力水平,计算牙齿位移与牙周膜应力分布情况。结果与结论:①个性化压低移动正畸装置受到的最大等效应力为162.90 MPa,个性化伸长移动正畸装置受到的最大等效应力239.57 MPa,二者的最大等效应力均位于个性化托槽加力附件的垂直部分,个性化正畸装置各部件所受等效应力均在屈服强度内,均具有良好的安全性;②在个性化正畸装置作用下,牙齿初始位移呈现整体压低或伸长移动的趋势,垂直方向上的位移远远超过在水平方向和矢状方向上的位移;牙周膜根尖或颈部位置出现等效应力峰值,在根尖区牙周膜出现等效应力集中区域;③结果显示,个性化正畸装置可以使牙位11、12、21、22近似达到压低移动或伸长移动的目的,初步证实了个性化垂直移动正畸装置的有效性。

Three‐dimensional(3D)‐printed MXene high‐voltage aqueous micro‐supercapacitors with ultrahigh areal energy density and low‐temperature tolerance

The rapid advancement in the miniaturization,integration,and intelligence of electronic devices has escalated the demand for customizable microsupercapacitors(MSCs)with high energy density.However,efficient microfabrication of safe and high‐energy MXene MSCs for integrating microelectronics remains a significant challenge due to the low voltage window in aqueous electrolytes(typically≤0.6 V)and limited areal mass loading of MXene microelectrodes.Here,we tackle these challenges by developing a highconcentration(18mol kg^(−1))“water‐in‐LiBr”(WiB)gel electrolyte for MXene symmetric MSCs(M‐SMSCs),demonstrating a record high voltage window of 1.8 V.Subsequently,additive‐free aqueous MXene ink with excellent rheological behavior is developed for three‐dimensional(3D)printing customizable all‐MXene microelectrodes on various substrates.Leveraging the synergy of a highvoltage WiB gel electrolyte and 3D‐printed microelectrodes,quasi‐solid‐state MSMSCs operating stably at 1.8 V are constructed,and achieve an ultrahigh areal energy density of 1772μWhcm^(−2) and excellent low‐temperature tolerance,with a long‐term operation at−40℃.Finally,by extending the 3D printing protocol,M‐SMSCs are integrated with humidity sensors on a single planar substrate,demonstrating their reliability in miniaturized integrated microsystems.

Three-dimensional(3D)parametric measurements of individual gravels in the Gobi region using point cloud technique

Gobi spans a large area of China,surpassing the combined expanse of mobile dunes and semi-fixed dunes.Its presence significantly influences the movement of sand and dust.However,the complex origins and diverse materials constituting the Gobi result in notable differences in saltation processes across various Gobi surfaces.It is challenging to describe these processes according to a uniform morphology.Therefore,it becomes imperative to articulate surface characteristics through parameters such as the three-dimensional(3D)size and shape of gravel.Collecting morphology information for Gobi gravels is essential for studying its genesis and sand saltation.To enhance the efficiency and information yield of gravel parameter measurements,this study conducted field experiments in the Gobi region across Dunhuang City,Guazhou County,and Yumen City(administrated by Jiuquan City),Gansu Province,China in March 2023.A research framework and methodology for measuring 3D parameters of gravel using point cloud were developed,alongside improved calculation formulas for 3D parameters including gravel grain size,volume,flatness,roundness,sphericity,and equivalent grain size.Leveraging multi-view geometry technology for 3D reconstruction allowed for establishing an optimal data acquisition scheme characterized by high point cloud reconstruction efficiency and clear quality.Additionally,the proposed methodology incorporated point cloud clustering,segmentation,and filtering techniques to isolate individual gravel point clouds.Advanced point cloud algorithms,including the Oriented Bounding Box(OBB),point cloud slicing method,and point cloud triangulation,were then deployed to calculate the 3D parameters of individual gravels.These systematic processes allow precise and detailed characterization of individual gravels.For gravel grain size and volume,the correlation coefficients between point cloud and manual measurements all exceeded 0.9000,confirming the feasibility of the proposed methodology for measuring 3D parameters of individual gravels.The proposed workflow yields accurate calculations of relevant parameters for Gobi gravels,providing essential data support for subsequent studies on Gobi environments.

Multi-Branch High-Dimensional Guided Transformer-Based 3D Human Posture Estimation

The human pose paradigm is estimated using a transformer-based multi-branch multidimensional directed the three-dimensional(3D)method that takes into account self-occlusion,badly posedness,and a lack of depth data in the per-frame 3D posture estimation from two-dimensional(2D)mapping to 3D mapping.Firstly,by examining the relationship between the movements of different bones in the human body,four virtual skeletons are proposed to enhance the cyclic constraints of limb joints.Then,multiple parameters describing the skeleton are fused and projected into a high-dimensional space.Utilizing a multi-branch network,motion features between bones and overall motion features are extracted to mitigate the drift error in the estimation results.Furthermore,the estimated relative depth is projected into 3D space,and the error is calculated against real 3D data,forming a loss function along with the relative depth error.This article adopts the average joint pixel error as the primary performance metric.Compared to the benchmark approach,the estimation findings indicate an increase in average precision of 1.8 mm within the Human3.6M sample.

Machine acceleration time series prediction for dimensional accuracy of 3D printed parts

This study explores the influence of infill patterns on machine acceleration prediction in the realm of three-dimensional(3D)printing,particularly focusing on extrusion technology.Our primary objective was to develop a long short-term memory(LSTM)network capable of assessing this impact.We conducted an extensive analysis involving 12 distinct infill patterns,collecting time-series data to examine their effects on the acceleration of the printer’s bed.The LSTM network was trained using acceleration data from the adaptive cubic infill pattern,while the Archimedean chords infill pattern provided data for evaluating the network’s prediction accuracy.This involved utilizing offline time-series acceleration data as the training and testing datasets for the LSTM model.Specifically,the LSTM model was devised to predict the acceleration of a fused deposition modeling(FDM)printer using data from the adaptive cubic infill pattern.Rigorous testing yielded a root mean square error(RMSE)of 0.007144,reflecting the model’s precision.Further refinement and testing of the LSTM model were conducted using acceleration data from the Archimedean chords infill pattern,resulting in an RMSE of 0.007328.Notably,the developed LSTM model demonstrated superior performance compared to an optimized recurrent neural network(RNN)in predicting machine acceleration data.The empirical findings highlight that the adaptive cubic infill pattern considerably influences the dimensional accuracy of parts printed using FDM technology.

生物3D打印仿生支架促进肩袖损伤后的愈合

背景:大多数肩袖损伤发生于冈上肌腱,由于肌腱组织缺少血管以及肩袖复杂的解剖结构,临床治疗效果非常有限。组织工程技术和干细胞生物学的快速发展为提高肌腱修复质量带来了新的希望。目的:通过生物3D打印技术制备人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架,观察该支架修复肩袖损伤的效果。方法:(1)体外细胞实验:制备明胶微载体,将人脐带间充质干细胞接种于明胶微载体表面构建组织工程化干细胞。制备甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶打印墨水,使用甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶打印墨水重悬组织工程化干细胞,放入3D打印机的生物墨水容器中进行打印,蓝光照射固化5 min后即得人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架。通过死活染色、CCK-8实验检测支架内人脐带间充质干细胞的活性。(2)动物体内实验:采用随机区组设计方法将24只SD大鼠随机4组,每组6只:正常组不进行任何处理,肩袖损伤组、单纯支架组、细胞支架组建立冈上肌腱撕裂的肩袖损伤模型,单纯支架组、细胞支架组造模后分别将甲基丙烯酸酐化明胶支架、人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架植入肌腱损伤处。术后4周,分别进行大鼠行为学测试及肩袖冈上肌腱组织学病理组织形态观察。结果与结论:(1)体外细胞实验:死活染色结果显示,明胶微载体可减轻3D打印过程对人脐带间充质干细胞造成的损伤,随着培养时间的延长,支架内的人脐带间充质干细胞存活率升高;CCK-8实验结果显示,随着培养时间的延长,支架内的人脐带间充质干细胞活性无明显变化。(2)动物体内实验:行为学测试结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组大鼠四肢运动功能明显改善;肩袖冈上肌腱苏木精-伊红与Masson染色结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组肌纤维排列较规律,无明显的炎性细胞浸润,胶原容积百分比降低;免疫荧光染色结果显示,相较于肩袖损伤组、单纯支架组,细胞支架组肩袖冈上肌腱内白细胞介素6、肿瘤坏死因子α蛋白表达明显降低。(3)结果表明,生物3D打印的人脐带间充质干细胞/甲基丙烯酸酐化明胶复合支架可促进肩袖损伤组织修复再生。

3D打印技术在口腔医学、颌面外科修复重建中的作用与优势

背景:3D打印技术独特的优势为口腔医学的发展开拓了新的思路。目的:总结3D打印技术在口腔医学中的应用进展。方法:利用计算机检索中国知网和PubMed数据库,以“3D打印,口腔科学”为中文检索词进行分类检索,以“Three-Dimensional printing,stomatology,Dentistry,prosthodontics,oral implant,orthodontics,oral and maxillofacial surgery,dental pulp disease,periodontitis”为英文检索词进行关键词检索,经阅读初步排除与文章主题不相符的文献,根据纳入标准和排除标准,最终纳入54篇文献进行汇总。结果与结论:在口腔医学领域,3D打印技术的应用范围正迅速拓展,逐步取代传统的临床诊断和治疗方式,通过结合数字化技术和先进的材料科学,3D打印可以精确地创建三维模型,为口腔疾病治疗提供了个性化解决方案,确保医师能够在手术前进行详尽的规划和预览,提高手术的安全性。3D打印技术在定制化义齿制作、个性化种植、无托槽隐形矫治等多方面呈现出了显著优势,基于此项技术,医师可以根据患者口腔结构和需求实行精准设计与制作,为患者带来良好的治疗体验和预后效果。3D打印技术在微创牙髓治疗及牙周组织再生方面也展现出了巨大潜力,3D打印的支架和植入物可为干细胞提供适宜环境,促进牙周组织的再生和修复,但目前3D打印在再生治疗仍处于发展阶段,还需更多的研究和实践来验证其临床应用的效果和安全性。

沉浸式3D虚拟仿真实验平台构建

为解决传统实践教学在时间、空间上的局限性,增强实践教学的互动性,以虚拟智慧城市中的物联网创新应用为研究对象,结合虚拟现实技术,在实验内容和教学模式中融入价值创造和创业素养,构建融入“创新实验路径”和“多层次综合实验项目”的物联网专业沉浸式3D虚拟仿真实验平台。采用布鲁姆教学目标分类法设计3D虚拟仿真实验教学目标,并按照IAPVE的实施模型,构建基于3D虚拟仿真实验平台的教学实施模型和考核评价模型。实施结果表明,该3D虚拟仿真实验平台及教学实施和考核评价模型可指导实践教学改革,实现学生综合能力的全面协同提升。

3D打印生物墨水在组织修复与再生医学中的应用

背景:通过选用合适的生物墨水,3D打印技术可用以制造人体组织和器官的代替物,并在人体内发挥作用。近些年来3D打印技术发展迅速,在再生医学中有着巨大的应用潜力。目的:介绍3D打印用生物墨水的类型,并综述生物墨水的分类、应用、优缺点及未来愿景。方法:以“3D printing,Biological ink,Tissue engineering,hydrogel,Synthetic material,Cytoactive factor,3D打印、生物墨水、组织工程”为检索词,运用计算机检索2000-2022年以来发表在PubMed、CNKI数据库中的相关文献,最终纳入83篇进行综述。结果与结论:在过去的几十年里,生物3D打印技术发展迅速,在组织工程和生物医学等各个领域都受到了极大的关注。相对于传统生物支架制造方法在功能性及结构方面受到的限制,3D打印可以更好地模拟生物组织复杂的结构,并且具有合适的力学、流变学和生物学特性。生物墨水是3D打印中必不可少的一部分,通过生物材料制备的生物墨水,经打印后产生的生物支架在组织修复和再生医学等方面有着巨大的科研潜力及临床意义,其材料的研究本身也越来越受到专家们的重视。3D打印生物墨水的材料各种各样,有天然材料也有合成材料,还有一些不需要任何额外生物材料的细胞聚集体,并且各种材料在实际运用中的功效各不相同。未来会有越来越多的生物墨水被研制用于组织工程,需要通过充足的实验模拟及设备测试来对生物墨水的可打印性进行分析,从而满足实际的医用需求。

3D打印导板技术联合多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸

背景:近年来,随着3D打印技术的发展,使得外科手术走向个性化、精准化。3D打印导板技术可实现术前规划、术中导航,使得外科手术更加精准。临床中重度僵硬性脊柱侧弯矫形术中仍面临置钉准确性不高导致螺钉松动甚至引起神经并发症的问题,现有关于3D打印导板技术指导重度僵硬性脊柱侧弯术中置钉的研究不多。目的:评价3D打印导向模板技术联合后路多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸的临床效果。方法:回顾性分析3D打印导向模板椎弓根螺钉置入后联合施行后路多次转棒去旋转技术治疗重度脊柱侧凸6例患者的临床资料,男3例,女3例,手术时年龄15-23岁,平均(18.17±3.49)岁。分析术后2周和术后18个月时脊柱侧弯相关参数的变化,进行统计学分析。结果与结论:(1)手术时间280-540 min,平均(340.83±102.20)min,术中出血量1000-4000 mL,平均(2000.00±1073.70)mL,固定节段9-14个椎体,平均(11.83±1.72)个椎体,矫形过程中未出现螺钉松动;(2)所有患者均获得随访,术后2周全脊柱正侧位片显示冠状位主弯的cobb角、冠状面C_(7)铅垂线和S1正中线的距离、矢状面C_(7)铅垂线和S1后缘的距离、顶椎偏移、胸椎后凸角、腰椎前凸角均获得明显矫正,主弯的cobb角平均矫正率62.22%,术后18个月随访各参数较术后2周无明显变化,矫形效果满意,无感染和内固定断裂;(3)围术期切口延迟愈合1例,经过换药处理瘢痕愈合,未出现神经并发症;(4)结果表明3D打印导向模板结合后路多次转棒去旋转技术治疗重度僵硬性脊柱侧凸畸形安全有效,矫形效果满意。

3D MERGE与3D SPACE STIR序列在腰椎间盘突出症检查中的应用比较

目的:对比三维多回波恢复梯度回波(3D MERGE)、三维可变反转角快速自旋回波(3D SPACE STIR)序列在腰椎间盘突出症(LDH)检查中的应用效果。方法:选择2020年1月~2022年11月收治的135例LDH患者,回顾性分析患者临床和磁共振成像(MRI)资料,所有患者均接受常规MRI扫描及3D MERGE、3D SPACE STIR序列扫描,对比3D MERGE、3D SPACE STIR序列测量神经根直径的一致性,评价两种序列的图像质量参数[信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)]、图像清晰度评分。结果:3D MERGE和3D SPACE STIR序列测量的L3~S1神经根直径比较差异无统计学意义(P>0.05),且两组序列测量的L3、L4、L5和S1直径均显示出较高相关性(r=0.957,0.986,0.975,0.972,P<0.05);3D MERGE序列的SNR及CNR均高于3D SPACE STIR序列,神经根显示分级、图像清晰度评分优于3D SPACE STIR序列,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:3D MERGE、3D SPACE STIR序列在LDH神经根直径测量中具有极高一致性,3D MERGE序列较3D SPACE STIR序列能够更清晰显示神经跟的解剖形态,图像质量更好。

3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用

目的探讨3D打印技术在腓骨头上入路治疗复杂胫骨平台后外侧骨折中的临床应用价值。方法回顾性分析67例接受腓骨头上入路治疗的复杂胫骨平台后外侧骨折患者的临床资料,根据术前是否采用3D打印模拟手术将患者分为3D打印组35例和常规组32例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、术中透视次数,观察术后切口感染、腘血管损伤、腓总神经损伤等并发症发生情况。随访骨折愈合时间,术后6个月评估Rasmussen评分,末次随访时评估美国特种外科医院(HSS)膝关节功能评分。结果67例患者随访时间为14~22个月;2组各有1例患者发生术后切口感染,均未发生腘血管损伤、腓总神经损伤、下肢深静脉血栓等并发症;3D打印组患者手术时间、术中出血量、术中透视次数均短于或少于常规组,差异有统计学意义(P<0.05);2组患者骨折愈合时间、术后6个月Rasmussen评分、末次随访时HSS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印技术应用于复杂胫骨平台后外侧骨折患者的腓骨头上入路治疗中,可以优化手术方案,缩短手术时间,减少术中出血量和透视次数。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

3D打印共面模板在局部进展型胰腺癌125I粒子植入治疗中的疗效观察

局部进展型胰腺癌(locally advanced pancreatic cancer,LAPC)指肿瘤局部广泛浸润,伴有严重的血管侵犯而无远处转移的胰腺癌,占全部胰腺癌的30%~50%[1],病人平均生存期6~12个月,难以手术切除[2],需要先采用转化治疗,当其成为可切除肿瘤时再行手术切除,但转化成功率一般较低。顽固性腰腹痛常常是LAPC病人就诊的首要且最痛苦的症状,严重影响病人的生活。目前临床主要的治疗方法为药物、神经毁损等,但只能暂时缓解症状而不针对肿瘤本身。

3D打印技术在口腔正畸领域的应用进展

3D打印是通过计算机辅助技术模拟设计3D结构,并用各种材料逐层堆积成真实的物体,是一种增材制造技术[1]。与传统失蜡铸造法和计算机减材制造法相比,3D打印具有工艺优势[2],能够缩短供应链,降低成本,通过产生更少的废物实现可持续的过程,但在表面质量、机械性能和尺寸精度等方面,3D打印技术有待提高。在口腔正畸领域,数字化3D打印技术(简称3D打印技术)已经得到广泛运用,3D打印技术继承错颌畸形的矫治理念,摒弃传统诊断、设计、制作方法,利用计算机辅助诊断、个性化设计、数字化成型技术,根据口腔内复杂情况快速制作个性化矫治器,能够提高患者舒适度以及治疗效率,同时推动正畸治疗向个性化与精准化转变,为正畸治疗带来了极大的便利[3]。本文将综述3D打印技术在口腔正畸领域中的运用。

基于正逆向设计结合的3D打印实践教学

以装配体零件为载体,以正逆向设计结合为思想,以项目式教学为依托的3D打印实践教学项目,引导学生自主创新,注重产品质量。实践过程中部分零件采用正向设计并打印制作成型,其余零件则采用逆向设计并打印制作成型,组装获得完整装配体。教学实施效果表明,实践环节中的产品废品率显著下降,同时学生的课堂参与度显著提升。基于正逆向设计结合的教学方法突破传统的3D打印实践教学思路,锻炼了学生项目管理、自主创新、主动思考解决问题等综合能力,贯彻落实了学生质量观意识的培养。

融合Unity3D的缆索起重机安全运行数字孪生模型构建方法

为降低缆索起重机(下文简称为缆机)运行的安全风险,分析缆机运行流程,提取缆机安全运行知识语义,通过物联网技术获取实时数据,利用3DS Max软件构建大坝缆机运行初始场景,实现孪生模型三维可视化,将模型导入Unity3D引擎,使用高清渲染管线对模型进行渲染,改善视觉效果,编写C#脚本对缆机运行全过程进行安全模拟仿真。研究结果表明:应用本文所构建的缆机安全运行数字孪生模型监测隐患与故障,综合准确率达到96.7%,可有效实现缆机运行过程的安全监控、参数化控制以及可视化展示。研究结果可为缆机施工过程的安全控制提供技术支持。

明胶/氧化纳米纤维素高弹性模量高孔隙皮肤支架的3D打印工艺

背景:在采用主动修复治疗手段应对皮肤创伤时,需要使用组织工程技术生成新的组织来代替坏死组织,皮肤支架在创伤修复领域具有良好的应用前景。皮肤支架需要呈现具有一定力学强度的三维多孔结构,以满足细胞增殖分裂的需求,而目前使用的明胶基生物材料力学强度弱,无法达到皮肤支架的使用要求。目的:针对明胶/氧化纳米纤维素复合材料制备组织工程皮肤支架时使用的3D打印工艺进行研究,重点研究不同工艺参数下制备皮肤支架的孔隙率与其力学强度之间的关系。方法:从葎草中提取10%浓度的氧化纳米纤维素晶须,再与5%的明胶复合得到明胶/氧化纳米纤维素复合材料,检测明胶与明胶/氧化纳米纤维素复合材料的弹性模量。以明胶/氧化纳米纤维素复合材料为基材,采用3D打印挤压成型方法制备皮肤支架,通过对材料进行力学性能测试和流变特性测试确定挤压成型工艺参数(填充间隙1.5-2.5 mm,0.1 mm均布;气压160-200 kPa),并以此制备具有三维多孔结构的皮肤支架。对皮肤支架进行了抗压性能的测试并与有限元分析结果相对比,论证了支架打印时的填充间隙与支架孔隙率及力学强度之间的关系。结果与结论:①通过实验得出,加入10%浓度的氧化纳米纤维素晶须使5%明胶的弹性模量度提升了8.84倍;在气压160 kPa下挤出成型可以得到1 mm直径的丝状凝胶,此时填充间隙从1.5 mm增大到2.5 mm会使支架的理论孔隙率从33%上升到60%,但抗压强度从230000 Pa降低到95000 Pa;②结果显示,使用2 mm填充间隙制备得到了理论孔隙率为50%、弹性模量160000 Pa的皮肤支架,该支架具有清晰的三维多孔结构。