3D打印優化結構髖關節植入體
時間：2021-09-08 08:39 來源：西安交通大學機械制造系統工程國 作者：admin 閱讀：次
全髖關節置換術(total hip arthroplasty,
THA)作為一種有效的治療骨關節炎的方法，每年成功實施超過100萬例，對髖關節植入體的研究一直是熱門的研究方向。3D打印作為一種先進的制造技術，憑借其可以成形任意形狀的特點，能夠應用于制造復雜的幾何結構。因此通過3D打印工藝將髖關節結構的拓撲優化設計和制造相結合，實現植入體的性能改善，對THA技術的提升具有重大科學研究意義。
華南理工大學王英俊教授團隊采用比例拓撲優化(proportional topology optimization, PTO)方法對髖關節植入體進行了結構設計計算，如圖1所示。研究中，對PTO方法進行了擴展，將孔隙大小、孔隙度等約束條件轉化為單元密度的上下限，并構造了兩種密度更新策略來處理界面失效和疲勞約束。其中，引入界面失效約束以防止骨植入體的微運動，將疲勞約束應用于微點陣結構以保證維持生理機械載荷所需的強度。
華南理工大學王英俊教授團隊采用比例拓撲優化(proportional topology optimization, PTO)方法對髖關節植入體進行了結構設計計算，如圖1所示。研究中，對PTO方法進行了擴展，將孔隙大小、孔隙度等約束條件轉化為單元密度的上下限，并構造了兩種密度更新策略來處理界面失效和疲勞約束。其中，引入界面失效約束以防止骨植入體的微運動，將疲勞約束應用于微點陣結構以保證維持生理機械載荷所需的強度。
圖1 髖關節植入體優化設計流程圖
基于以上設計方法，通過3D打印技術實現了髖關節植入體優化結構的制造，如圖2所示。該植入體已經應用于在臨床手術，其性能已經通過骨吸收進行了數值評估，骨吸收是一種描述應力屏蔽導致骨丟失的優點數字。術后條件的結果表明，優化后的晶格種植體的骨丟失僅為完全固體鈦種植體的41.9%，證明了該植入體結構的性能得到了明顯的提升。同時，這一進展也印證了結構拓撲優化和3D打印的結合具有很大的應用前景。
圖2 髖關節優化結構實物圖
(責任編輯：admin)
MGA醫療聯盟：以系統化思
國家統計局：中國3D打印設
ICC將制定混凝土3D打印墻
三項增材制造金屬粉末國家
工信部等新規：工業級3D打
2027年產值突破1500億元（最新內容
洞察2023：全球藥
3D打印-增材制造
《智能制造知識體
2021年中國及31省
全球工程標準協會
毛孔的SLM金屬3D熱點內容
