Fabrication of Gradient Density Components Through Extrusion-Based Additive Manufacturing

Author(s):  
Shashi Ranjan Mohan ◽  
Suryakumar Simhambhatla
Author(s):  
Yunlong Tang ◽  
Jean-Yves Hascoet ◽  
Yaoyao Fiona Zhao

Additive manufacturing (AM) technologies has brought unprecedented freedom to the fabrication of functional parts with high complex, multi-material and gradient density structure. However, currently only traditional design methods are available for AM design process, which do not take full advantage of AM capabilities. Therefore, a new design method with the consideration of all aspects of AM advantages is urgently in need. A detailed literature review on traditional design methods is presented with focused attention on the potential of using these methods to design functional parts for additive manufacturing processes. Based on thorough understanding and comparison of current structure design methods, a new design approach that integrates topological and functional optimizations for AM products is presented. With this method, an essential link is established between topological optimization result and various functional parameters of complex structure. Parts can be designed in multi levels for multi functions simultaneously. This design method provides an important foundation for future research on designing AM products with improved multiple functions and optimized topology.


2013 ◽  
Vol 22 (03) ◽  
pp. 180-187 ◽  
Author(s):  
J. Henke ◽  
J. T. Schantz ◽  
D. W. Hutmacher

ZusammenfassungDie Behandlung ausgedehnter Knochen-defekte nach Traumata oder durch Tumoren stellt nach wie vor eine signifikante Heraus-forderung im klinischen Alltag dar. Aufgrund der bestehenden Limitationen aktueller Therapiestandards haben Knochen-Tissue-Engineering (TE)-Verfahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Entwicklung von Additive-Manufacturing (AM)-Verfahren hat dabei eine grundlegende Innovation ausgelöst: Durch AM lassen sich dreidimensionale Gerüstträger in einem computergestützten Schichtfür-Schicht-Verfahren aus digitalen 3D-Vorlagen erstellen. Wurden mittels AM zunächst nur Modelle zur haptischen Darstellung knöcherner Pathologika und zur Planung von Operationen hergestellt, so ist es mit der Entwicklung nun möglich, detaillierte Scaffoldstrukturen zur Tissue-Engineering-Anwendung im Knochen zu fabrizieren. Die umfassende Kontrolle der internen Scaffoldstruktur und der äußeren Scaffoldmaße erlaubt eine Custom-made-Anwendung mit auf den individuellen Knochendefekt und die entsprechenden (mechanischen etc.) Anforderungen abgestimmten Konstrukten. Ein zukünftiges Feld ist das automatisierte ultrastrukturelle Design von TE-Konstrukten aus Scaffold-Biomaterialien in Kombination mit lebenden Zellen und biologisch aktiven Wachstumsfaktoren zur Nachbildung natürlicher (knöcherner) Organstrukturen.


2018 ◽  
Author(s):  
Tao Zhang ◽  
Sanjay Sampath ◽  
Jon P. Longtin ◽  
David J. Hwang

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