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随着先进的计算机辅助设计（CAD）和三维打印技术（3DP）的快速发展,使得设计、制造具有复杂仿生结构的骨组织工程支架成为可能。本文将典型的三周期极小化曲面（TPMS）结构与梯度渐变结构变化、拓扑优化紧密结合,建立以力学性能优化为目标的多孔支架设计方法。同时,基于3DP技术实现了支架可控构建,并对支架进行力学性能测试。本文主要的研究工作如下:（1）多孔支架外轮廓和微观结构的构建。应用基于CT的逆向建模技术构建骨骼外轮廓模型;采用TPMS函数构建P、G、D三种典型的支架微观结构,并实现单模型函数渐变和多模型复合函数渐变。研究表明:三种典型规则结构等效应力与等效应变的值均与加载力成正比,与孔隙率成反比,其弹性模量范围为1.1-6GPa,满足弹性模量的要求。有限元分析结果显示D结构模型在相同载荷条件下具有最小的应力应变,结构稳定性较好。因此,将D结构模型与之前构建的外轮廓模型进行布尔运算,获得了TPMS股骨状支架模型,其最大等效应力23.452MPa、等效应变2.56×10-3mm/mm,弹性模量4.5GPa,孔隙率为60%,网状多孔结构符合自然骨结构特征和力学强度要求。（2）提出基于拓扑优化的多孔支架设计方法。将TPMS函数生成的多孔壳体,以轻量化设计和复杂壳体结构优化为目标,实现支架在最优强度、刚度和稳定度前提下,达到最大孔隙率。在满足股骨纵向压缩极限应力132.5MPa条件下,D结构壳体模型经过多次拓扑迭代,获得最小壁厚为9.2mm,孔隙率62%。实现轻量化、大孔隙率设计。（3）结合三维打印技术实现了多孔支架的可控制备与实验研究。论文采用光固化成型工艺（SLA）制备仿生支架,并采用万能材料实验机测试其抗压强度。结果表明,三种典型TPMS结构呈现出不同的断裂特征,D结构的多孔支架具有最高的抗压强度,达到1 6±5.0MPa,其结果与有限元分析规律相似。论文基于有限元分析与拓扑优化方法实现了多孔支架的优化设计,并通过SLA工艺可控构建了支架结构,实现了对支架设计的验证,其结果对骨组织工程的研究与应用具有积极的参考价值。