大量科学研究和临床实践结果表明,金属材料的弹性模量远高于人体骨组织,严重的力学失配易导致金属假体与骨组织结合松动,难以满足预期植入效果。近年来,随着3D打印技术的发展,多孔材料可以通过设计微观结构和孔隙率来控制力学性能的变化,进而改善植入物的力学性能,促进骨生长,提高假体植入的长期稳定性。基于三周期极小曲面（Three Period Minimal Surface,TPMS）的多孔结构被认为是最有前景的骨科生物材料结构之一,良好的曲面连续性、优异的力学性能和制造性能使其受到广泛关注。然而,松质骨是一种具有明显各向异性力学行为的天然多孔复合材料,目前关于极小曲面结构各向异性设计的研究很少,其几何参数与力学性能之间的关系尚不清楚。本论文针对极小曲面结构中研究较为广泛的Gyroid结构,提出了一种各向异性设计的方法,并分析了由此造成的几何形状和力学性能的变化。此外,采用EBM方法制造了Gyroid支架,并研究了制造方法对结构形状误差和力学偏差的影响。论文研究成果为多孔植入物的结构和力学设计提供了理论支撑,为进一步优化多孔植入物提供了技术支持。论文的研究工作主要包括:（1）Gyroid结构的各向异性设计及其几何结构分析:提出了一种基于Gyroid结构的各向异性设计方法。分析了各向异性设计对Gyroid结构连续性、比表面积和几何形状的影响。结构的孔隙率与参数t成线性关系,各向异性设计不会对其造成影响。保持孔隙率不变,各向异性设计会使Gyroid单元拉长或缩短,拉长单元有利于几何连续性但不利于比表面积,缩短单元则完全相反。支杆在单元变化过程中会发生角度和直径的变化,不同方向上的支杆变化规律不同。（2）Gyroid结构的各向异性弹性响应研究:采用有限元方法,对设计的各向异性Gyroid结构的弹性响应进行分析,得到了几何参数与结构弹性模量、各向异性之间的数学关系。研究发现各向异性设计并不能凭空地增大或减小弹性模量,如果通过各向异性设计增大某个方向的刚度,其正交方向的刚度会被相应地的削弱。此外,进一步研究了多孔支架弹性响应的各向异性与孔隙率、结构各向异性和加载方向之间的关系,用于指导Gyroid结构弹性及各向异性的设计。在本文考虑的参数中,结构的各向异性在0.17到3.6之间,接近人体松质骨0.2到4的各向异性范围;钛合金多孔结构的弹性模量在0.03 GPa到5.6 GPa之间,包含了人体松质骨的弹性模量范围。（3）各向异性Gyroid结构的制造及力学误差分析:采用EBM方法制造了各向异性的Gyroid支架,通过μCT扫描得到制造支架的体积重建模型,评估了该模型与设计支架在几何和孔隙率上的误差,并分析了由制造方向和几何误差造成的有限元模型和实验模型在力学上的偏差。结果显示,各向异性设计降低了几何上的偏差,使得抗压强度的偏差范围在12%以内,弹性模量的偏差范围有40%降低到24%。此外,通过对支架加载过程中表面变形和破坏的演化分析了支架的破坏模式,支杆上断裂面的微观形貌表示其断裂方式是韧性断裂和脆性断裂的混合模式。