人工骨骼支架是骨缺损修复的一种人工移植骨骼材料,其内部结构形态及尺寸对于引导骨骼和组织的再生有重要影响。当前,人工骨骼支架结构设计存在着设计层次单一、支架性能有待提高等问题,因此探明骨骼支架胞元孔隙形状和结构尺寸对其力学性能、生物学性能的影响,结合3D打印技术的特点进行支架的结构设计研究,为设计制造出更符合实际医疗要求的人工骨骼支架结构提供理论基础。本文在分析人工骨骼支架实际功能要求和设计标准的基础上,主要从满足骨骼支架的力学性能和生物学性能这两方面来考虑骨骼支架结构设计。首先,通过拓扑设计、形状设计得到人工骨骼支架的胞元结构;然后,分析胞元孔隙形状和结构尺寸对力学性能、生物学性能的影响,得到其压缩应力、渗透率分别与结构尺寸的关系;再结合改进的粒子群算法得到骨骼支架的胞元结构尺寸;最后,根据人体股骨中段外部轮廓和内部孔隙胞元建立人工骨骼支架三维模型,利用SLA打印机实现制造,并通过试验验证所制人工骨骼支架满足实际功能要求。主要研究内容如下:1、分析人工骨骼支架的具体实际功能要求和设计标准,确定骨骼支架的结构设计要求为合适的力学性能(力学压缩性能)及生物学性能(孔隙连通性、生物渗透性),为人工骨骼支架结构设计提供基础。2、以结构刚度最大为拓扑设计目标,利用ANSYS软件对正六面体结构进行拓扑设计,得到不同质量保留百分比下,刚度性能最优的拓扑设计结构;再进行尺寸设计得到满足孔隙连通性要求且刚度性能优的支架胞元结构。3、分析孔隙形状和结构尺寸对胞元力学性能、生物学性能的影响,建立压缩应力方程和渗透率方程,分别得到胞元压缩应力、渗透率与结构尺寸参数的关系。然后,以胞元压缩应力作为胞元尺寸设计的目标,胞元最小孔隙尺寸和渗透率的合理范围作为约束条件,结合改进的粒子群算法设计骨骼支架胞元结构尺寸。4、根据人体股骨中段外部轮廓和内部孔隙胞元,建立人工骨骼支架三维模型并转换为STL格式的3D打印数据;利用前处理软件Magics Link UnionTech进行数据修复,并设置相关打印参数;用SLA打印机实现3D打印制造,并通过试验验证所制人工骨骼支架满足实际功能要求。本文研究了骨骼支架胞元孔隙形状和结构尺寸对其力学性能、生物学性能的影响,并通过3D打印技术制造了满足实际功能要求和设计标准的人工骨骼支架,为人工骨骼支架的实际应用提供了理论基础。