【摘 要】
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本文选用钛合金（TC4）材料进行骨骼的金属3D打印,研究采用逆向工程与实验验证相结合的方式进行。具体方法是借助较为完备和先进的硬件实验设备和逆向成型技术,将医学逆向工程、有限元分析等支撑软件作为工具和平台,同时设置好打印机工艺参数对其表面质量和微观性能进行分析,最后经打印获得骨骼修复体,具体内容如下:（1）骨折踝关节的逆向建模。首先获取患者骨折的踝关节CT图,利用Mimics软件对医学断层扫描图像
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本文选用钛合金（TC4）材料进行骨骼的金属3D打印,研究采用逆向工程与实验验证相结合的方式进行。具体方法是借助较为完备和先进的硬件实验设备和逆向成型技术,将医学逆向工程、有限元分析等支撑软件作为工具和平台,同时设置好打印机工艺参数对其表面质量和微观性能进行分析,最后经打印获得骨骼修复体,具体内容如下:（1）骨折踝关节的逆向建模。首先获取患者骨折的踝关节CT图,利用Mimics软件对医学断层扫描图像进行三维模型重建,其次将骨骼重建后的模型导入至逆向工程软件Geomagic中进行处理,包括对骨折模型的补缺修复、曲面优化、精准曲面和实体化,最后生成光滑的CAD实体模型。（2）踝关节模型有限元分析。对模型进行网格划分和定义钛合金的材料属性,并根据受力情况施加不同载荷力,通过查看总变形云图和总应力云图,得到踝关节模型顶部的变形量最大为0.0113mm,底部的变形量最大为0.03645mm,顶部的主应力最大为34.415MPa,底部的主应力最大为110.35 MPa,根据分析可知满足力学要求。（3）钛合金打印及结果分析。首先通过采用正交实验法来控制变量,探究3D打印下激光扫描功率、扫描速度对试验件几何尺寸和粗糙度的影响,分析出较为合理的参数范围。其次,一方面对试验件进行表面质量分析,包括几何尺寸、粗糙度以及硬度分析;另一方面对试验件进行微观性能分析,包括表面微观形貌、金相组织以及显微硬度分析,综合分析后确定出一组最佳参数为激光功率240W,扫描速度800mm/s。最后运用此参数进行踝关节打印,对打印的模型进行组织分析和误差比较,发现标准偏差为0.0191mm,说明这组参数符合要求。研究结果表明,采用逆向工程与3D打印技术、软件与实验相结合的方法来制取较为符合临床条件的人工骨是可行的,这种方法能够指导临床实验、制定个性化手术方案和降低周期成本。
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