通过基于材料挤出的增材制造来开发骨替代品,通过相场方法模拟曲的机械行为和骨折预测

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
• 生物力学 生物力学

背景情况:

• 人类骨样本的有限可用性需要可靠的替代研究.
• 现有的骨替代品往往无法准确地复制本地骨机制,或是应用特定的.
• 聚乳酸 (PLA) 提供了开发先进骨基替代物的潜力.

研究的目的:

• 提出一种方法来制造和评估可靠的骨替代品,使用聚乳酸和添加剂制造.
• 开发精确模仿真骨的几何和机械特性的人造骨.
• 为了验证用于设计骨代产物的计算建模策略.

主要方法:

• 在准静态负载下对PLA原料和3D打印标本 (狗骨,镜) 的实验性表征.
• 使用3D扫描猪肋骨几何形状制造骨替代品的制造,其中包括状骨的格子填充物和皮层骨的紧外.
• 计算阶段场建模模拟机械测试和预测断裂,考虑充填材料均化.

主要成果:

• 最佳的3D打印配置是通过将替代品的屈曲刚度和最大力与真骨特性进行比较来确定的.
• 某些印刷配置成功地复制了骨组织的曲机械行为.
• 计算模型对强度和刚性的预测与实验数据进行了验证.

结论:

• 提出的方法允许制造具有精确几何形状和可调节的机械特性的人造骨头.
• 开发的计算建模策略是设计先进的骨基替代品的有效工具.
• 这种方法提高了使用现实的人工骨模型对骨力学进行深入研究的潜力.