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创新的3D打印技术和高级材料革命性骨科手术：当前的应用和未来方向
三维（3D）印刷已迅速成为骨科手术中的变革力量，从而实现了高度定制和精确的医疗植入物和手术工具的创建。本综述旨在为新兴的3D打印技术提供更加系统和全面的观点 - 从基于挤出的方法和生物互联的印刷到粉末床融合，以及包括生物活性剂和含细胞的墨水阵列的扩展材料。我们强调了这些技术和材料如何用于制造患者特异性植入物，手术指南，假肢和先进的组织工程支架，显着增强的手术结果和患者康复。尽管取得了显着进展，但领域仍面临挑战，例如优化机械性能，确保结构完整性，解决不同地区之间的监管复杂性，并考虑环境影响和成本障碍，尤其是在低资源环境中。展望未来，智能材料和功能分级材料（FGM）的创新，以及生物打印方面的进步，对克服这些障碍并扩大了骨科中3D打印的能力有望。这篇评论强调了跨学科合作和正在进行的研究在利用增材制造的全部潜力方面的关键作用，最终为更有效，个性化和耐用的骨科解决方案铺平了道路，从而提高了患者的生活质量。
用于成分梯度合金计算设计的子空间包容采样方法
成分梯度合金是功能梯度材料 (FGM) 的一个子类，它利用单个金属部件的局部成分变化来实现比传统单一材料部件更高的性能。在之前的研究 [Kirk, T., Galvan, E., Malak, R., and Arroyave, R., 2018, “增材制造功能梯度材料中梯度路径的计算设计,” J. Mech. Des., 140, p. 111410. 10.1115/1.4040816] 中，作者提出了一种计算设计方法，该方法避免了限制梯度合金可行性的常见问题（例如有害相），并针对性能目标进行了优化。然而，以前的方法只对成分空间的内部进行采样，这意味着设计的梯度必须包括整个梯度空间中的所有元素。因为即使少量的额外合金元素也会引入新的有害相，所以这一特性通常会忽略原本无法解决的问题的潜在更简单的解决方案，从而阻碍向状态空间添加新元素。本研究通过引入一种在设计搜索中包含较少元素子空间的采样方法来改进以前的方法。新方法在人工扩展的状态空间形式内进行采样，并将真实区域之外的样本投射到最近的真实子空间。首先通过观察 3D、4D 和 5D 状态空间中每个子空间中的样本分布来评估该方法。接下来，在合成的 3D 问题中进行参数研究，将新采样方案的性能与以前的方法进行比较。最后，应用更新的方法设计从不锈钢到等原子 NiTi 的梯度，该梯度具有嵌入式形状记忆驱动等实际用途，而以前的方法未能找到可行的途径。[DOI：10.1115 / 1.4053629]