3D打印优化结构髋关节植入体

时间：2021-09-08 08:39 来源：西安交通大学机械制造系统工程国作者：admin 阅读：次

全髋关节置换术(total hip arthroplasty, THA)作为一种有效的治疗骨关节炎的方法，每年成功实施超过100万例，对髋关节植入体的研究一直是热门的研究方向。3D打印作为一种先进的制造技术，凭借其可以成形任意形状的特点，能够应用于制造复杂的几何结构。因此通过3D打印工艺将髋关节结构的拓扑优化设计和制造相结合，实现植入体的性能改善，对THA技术的提升具有重大科学研究意义。

华南理工大学王英俊教授团队采用比例拓扑优化(proportional topology optimization, PTO)方法对髋关节植入体进行了结构设计计算，如图1所示。研究中，对PTO方法进行了扩展，将孔隙大小、孔隙度等约束条件转化为单元密度的上下限，并构造了两种密度更新策略来处理界面失效和疲劳约束。其中，引入界面失效约束以防止骨植入体的微运动，将疲劳约束应用于微点阵结构以保证维持生理机械载荷所需的强度。

图1 髋关节植入体优化设计流程图

基于以上设计方法，通过3D打印技术实现了髋关节植入体优化结构的制造，如图2所示。该植入体已经应用于在临床手术，其性能已经通过骨吸收进行了数值评估，骨吸收是一种描述应力屏蔽导致骨丢失的优点数字。术后条件的结果表明，优化后的晶格种植体的骨丢失仅为完全固体钛种植体的41.9%，证明了该植入体结构的性能得到了明显的提升。同时，这一进展也印证了结构拓扑优化和3D打印的结合具有很大的应用前景。

图2 髋关节优化结构实物图

(责任编辑：admin)

上一篇：2021年中国及31省市3D打印行业政策汇总及解读(全)
下一篇：SmarTech报告：3D打印市场2021年Q4继续增长

\|3D打印新闻\|	\|3D打印报价\|	\|3D打印程序\|	\|3D打印材料\|	\| 3D打印机 \|	\|3D打印创业\|	\|3D建模教程\|
\|3D打印资讯\|	\|3D扫描仪\|	\|3D打印方案\|	\|3D打印测评\|	\|3D打印服务\|	\|3D打印模型\|	\|3D打印百科\|