通过经过验证的有限元模拟预测的3D打印多孔牙科植入物的疲劳寿命
Antoine Vautrin1,2, Jensen Aw3, Ed Attenborough3
1AO Research Institute Davos, Davos, Switzerland.
Frontiers in bioengineering and biotechnology
|August 28, 2023
概括
计算机模拟可以预测多孔牙植入物疲劳强度. 考虑制造变化可以提高准确性,加速植入物开发并降低故障率.
科学领域:
- 生物材料科学 生物材料科学
- 机械工程 机械工程
- 牙科植入物学 牙科植入物学
背景情况:
- 多孔牙植入物增强骨质整合和药物输送,但可能会损害机械完整性.
- 根据ISO 14801,确保足够的疲劳强度对于植入物寿命至关重要.
- 实验性疲劳测试是资源密集型的,需要验证的计算方法.
研究的目的:
- 开发和验证一个数值工作流来预测多孔牙植入物的疲劳强度.
- 为了确定单调负载到故障和3D打印样本的耐力限值之间的相关性.
- 评估几何精度对有限元模型预测性能的影响.
主要方法:
- 在3D打印的多孔样本上进行机械测试,以确定耐久性限制.
- 开发并校准了一个有限元模型来预测单调负载到故障.
- 通过对六种多孔配置的预测和实验性疲劳寿命进行比较,验证了数值工作流.
主要成果:
- 单调测试证明了耐力限制的可靠替代品,在设计中具有一致的正常化值.
- 模拟准确性高度依赖于几何输入的准确性.
- 预测误差在23% (按设计) 到8% (根据打印的孔隙度进行调整) 之间,微型CT扫描产生14%的误差.
结论:
- 一个经过验证的数值工作流可以定量预测多孔牙植入物疲劳寿命.
- 准确计算制造过程中产生的几何变化对于可靠的疲劳寿命预测至关重要.
- 这种计算方法可以加速开发并降低多孔牙植入物的失败率.
