在有孔金属植入物选择性激光化的微观结构和生物力学特性
Yabao Hu1, Hanning Chen1,2, Xiaodan Liang2
1School of Mechanical Engineering, Tiangong University, Tianjin, China.
3D printing and additive manufacturing
|October 27, 2023
概括
为人体植入物设计和测试了新的多孔结构,环支 (RS) 和柱支 (CS). 柱支 (CS) 孔隙植入物具有60-80%的孔隙性,具有与人体组织相似的机械性能,避免应力屏蔽.
科学领域:
- 生物材料工程 生物材料工程
- 整形植入物设计 整形植入物设计
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 设计人体植入物的多孔结构对于骨整合和机械负载转移至关重要.
- 现有的植入物设计经常面临诸如应力屏蔽等挑战,原因是机械与骨组织不匹配.
- 选择性激光化 (SLM) 为创建复杂的多孔架构提供了先进的功能.
研究的目的:
- 提出和评估两种新的多孔结构设计策略:用于人体植入物的环支 (RS) 和柱支 (CS).
- 为了研究变化的多孔度 (50-80%) 对SLM制造的多孔样本的机械和 tribological 属性的影响.
- 为了确定最佳的多孔结构,与人类骨组织的机械特性相匹配,并减轻应力屏蔽.
主要方法:
- 两个多孔结构设计策略RS和CS被概念化.
- 使用选择性激光炼制造了具有不同孔径 (50%,60%,70%,80%) 的多孔样本.
- 分析了微结构,微硬度,摩擦,磨损,压缩和动态弹性模量.
- 机械性能与不同方向 (扫描与成型) 相比被评估.
主要成果:
- 制造的3D孔隙结构与设计特征密切匹配,测量孔隙度略低于设计值.
- 与成型方向相比,在扫描方向上,材料性能略显优越.
- 柱支 (CS) 孔隙结构具有60-80%的孔隙性,其压力强度和弹性模量值接近人类骨头的压力强度和弹性模值.
- 这些CS结构有效地解决了应力屏蔽现象.
结论:
- 拟议的RS和CS多孔结构设计能够准确控制人体植入物的多孔性.
- 选择性激光化是一种可行的技术,用于制造具有量身定制特性的多孔植入物.
- 具有60-80%的多孔性柱支 (CS) 孔隙结构代表了骨科植入物的有希望的解决方案,提供生物机械兼容性并防止应力屏蔽.
