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多孔金属生物骨再生结构的增材制造工艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-12 09:46:17   浏览次数:1496  
核心提示:多孔金属生物骨再生结构的增材制造工艺
     在《增材制造多孔金属生物材料》一文中,作者针对骨再生,对多孔金属生物材料进行了研究,并讨论了相关的设计、制造和生物功能。
 
QQ图片20190612094258
 
    一直以来,骨再生都是极具挑战性的领域。即使人们研发出了生物打印技术和人类细胞晶格结构,骨再生的难度依旧居高不下。在这项研究中,扎德波回顾了多孔金属生物的增材制造以及骨的整合和再生等问题。扎德波认为,利用多孔金属生物材料加工骨再生结构,潜力无限。
 
作者从以下几个方面详细地考虑了设计:
1.力学和物理学理论
2.计算模型
3.解析方案
4.物理分析
 
QQ图片20190612094308
 
    由于拓扑设计可能非常复杂,用户可能无法通过传统方法生产,而是需要通过增材制造。“制作有序的拓扑晶格结构是唯一可行的选择之一,合理的设计方案在拓扑设计中发挥着重要的作用。”作者表示。“重要的是,单元细胞的类型和尺寸在整个植入体中不需要保持不变,因为分级设计可以给予更多的设计自由。”
 
    由于研究人员需要对增材制造骨结构的加工方法进行微调,因此设计要求必须考虑全面,然后才能够加工最合适的结构。“因此,需要建立‘拓扑-属性关系’的预测模型,使用‘拓扑-属性关系’来确定满足设计要求的拓扑设计优化。”扎德波表示。
 
QQ图片20190612094320
 
    在大多数情况下,基于光束的单元或基于片的单元已经被使用,扎德波认为该设计可将两者相结合,但到目前为止还没有对这一领域开展过多的研究。
 
    不管是激光加工还是逐层加工,在几何结构上可能有很大的不同。扎德波认为,这两种加工方式可以合二为一,尽管目前对于这种“合二为一”的研究并不多。
 
    在拓扑设计中,人们也期望能研发出更优化的算法。扎德波指出,在拓扑设计方面,也应审查其他因素,包括:
1.增材制造多孔生物材料的设计及其准静态力学性能
2.拓扑设计与疲劳行为
3.拓扑设计与质量运输特性
4.拓扑设计与植入感染
 
    研究人员还必须为3D打印晶格结构选择正确的参数,尽可能减少使用支撑结构,特别是使用多孔生物材料的时候。
 
    此外,还需要考虑许多其他参数,如功率、扫描速度和扫描模式。扎德波对增材制造多孔金属生物材料的潜力充满信心,因为它们确实具有必要的力学性能、有利于组织再生的表面弯曲性、可调的生物降解性、大面积的生物功能化、大孔隙等特性。
 
    “所有上述特性中始终存在的共同点是,它们可以通过合理的生物材料拓扑设计加以调整。这使得增材制造多孔生物材料高度可调,并具有很大的灵活性,可以满足骨植入物所需的多种设计目标。
 
【本文仅代表作者看法,如有不同观点,欢迎添加三迪时空微信公众号(微信号:sandishikong)进行讨论交流。】
 

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