点阵结构具有优异的抗压性能和吸能性能，被广泛应用于生物医疗、车辆工程和航空航天等领域。采用拓扑优化设计和激光选区熔化成形技术(SLM)，制备一系列等密度和梯度点阵结构，研究其表面形貌、抗压形变行为和吸能性能。研究结果表明，SLM技术具备成形微小结构的能力，可制备出相对密度大于0.20的点阵结构；等密度点阵结构的抗压形变机制为整体发生弹性屈曲，进而实现致密化，而梯度点阵结构的抗压形变机制为逐层发生形变压实，达到致密化；点阵结构的能量吸收能力值与相对密度成正比，与结构类型无关；能量吸收效率受结构的密度分布影响，梯度点阵结构具有更高的能量吸收效率。

人体骨骼为层级结构，由密度、强度较高的密质骨和密度较低、内含血管的松质骨组成。因此，人体植入物的结构和力学性能要与人体骨骼特征相匹配。基于人体自然骨的受力情况，采用激光粉末床熔融（LPBF）技术成形了由拓扑优化方法设计的钛合金多孔结构，然后通过压缩实验和数值模拟的方法对多孔结构的力学性能和变形失效模式进行了分析，发现数值模拟与实验结果具有较高的一致性。最后，通过与人体自然骨的力学性能对比，并结合多孔结构的失效模式获得了可适用于人体植入物的多孔材料。

综述了近年来3D打印在骨科中的应用和研究的几个层次：3D打印出用于术前模拟手术的模型, 可以形象直观地制定手术方案, 省去手术中多余的步骤, 减少手术时间和风险, 减轻医生的劳动强度；3D打印出基于计算机辅助设计、实现精准化手术的医疗导板和量身定做的植入物, 利用医疗导板可保证手术位置、方向及角度的准确性, 并提高手术的安全性和可预见性；个性化3D打印植入物能更好地满足患者的需要, 但在进入临床前仍面临政策上的挑战。与国外技术相比较, 我国在骨科3D打印方面还存在一定差距, 通过分析指明了我国需要着重发展的技术和对策。最后, 对3D打印在骨科上的应用进行了展望。

Ti-6Al-4V合金具有强度高、抗蚀性优异、生物相容性好等优点, 常用于制造医用多孔的植入体材料, 但对多孔材料结构的成型工艺有一定的约束。基于选区激光熔化成型技术(Selective Laser Melting, SLM), 结合自行设计的拓扑优化多孔网格结构, 按照拓扑优化的结果重新建模成单元结构, 进行了3组特殊结构(螺旋结构、拱形桥结构、薄壁件与小孔)的制造实验, 并且分析对比了热处理前后SLM制造的Ti-6Al-4V合金的显微组织和拉伸性能。研究结果表明, SLM成型的三种螺旋结构中, 除30°螺旋结构以外, 其他两种都能够完整成形, 满足拓扑单元结构成形角度(≥45°)的制造, 30°螺旋结构通过在迎向刮刀锐角面下加少量支撑也能成形; 拱形桥实验中, 能够完整成型不发生塌陷的最大拱桥尺寸为φ=8 mm, 推导出最大的可悬垂长度为0.70 mm, 满足拓扑单元结构最大拱桥尺寸(8 mm)要求; 壁厚为0.10 mm的薄壁结构由于激光光斑尺寸的约束, 成形尺寸增大了0.05 mm, 可能会造成1 mm边长尺寸成单元拓扑结构孔隙率的减小; 小孔实验成形最小孔径为0.10 mm, 满足多孔拓扑优化结构最小孔制作要求; SLM制造直接态和热处理态Ti-6Al-4V合金试样基本的力学性能均能达到ISO制定力学性能标准, 且超过铸造态的水平, 但延展性能仍不及锻件。热处理态比直接态的延展性好, 直接态组织为针状的α′相马氏体组织; 当热处理温度达到750 ℃时, α′相会开始发生扩散分解, 从而在相界面析出白色的β相小颗粒。

针对原curamik微通道热沉因进水通道流量不均而导致散热不均匀的现象，基于FLUENT软件对其进行数值模拟。从内部结构及热沉材料方面提出优化方案，并进一步获得在热沉高度和进出口宽度为固定值的条件下，微通道宽度、间距及通道脊长度3个因素分别对芯片表面温升和压降的影响规律。根据优化的参数，通过选区激光熔化技术制备获得纯镍微通道热沉并进行芯片封装测试。结果显示，微通道热沉散热均匀，热阻为0.39 K/W，压降为140 kPa，能够满足输出功率为80 W的半导体激光器单巴条芯片的散热要求。