国内研究人员测试模拟小梁结构的钛合金支架

3D打印快讯
2020
03/25
15:06
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来源:增材之光

中国研究人员正在进一步研究钛在生物打印中的用途,并在最近发表的“模拟小梁结构的钛合金支架的机械性能”中概述了他们的发现。在这项研究中,研究人员使用五个不同的晶胞,通过电子束熔化来创建新的小梁结构。

3D打印已经在医学界刻下了不可磨灭的印记,由于研究人员的辛勤工作,3D打印一直在飞速发展。尽管组织工程技术已成为研究的最前沿,但随着3D打印模型和设备的使用,骨科技术受到了极大的积极影响,从而带来了更大的灵活性和定制性。

骨小梁结构不仅可以促进植入物的“生物活性”,而且还可以促进成骨细胞形式更好地生长,并指导骨组织与孔隙连接,从而实现植入物的生物固定。

研究人员指出:“随着3D打印技术和新型生物材料的发展,小梁结构在人工关节置换中的应用越来越广泛,小梁结构的设计、制造和机械性能成为当前研究的重点。”

3D打印钛合金小梁结构的形态特征和机械性能将影响人工假体置换的效果;因此,这些方面需要进一步研究。
此前已有研究,但正如研究人员指出的那样,由于缺乏对“钛合金小梁结构在临床应用现阶段的机械性能”的全面研究,他们有动机开展这项研究。

在3D打印小梁结构之后,研究人员考虑了以下方面:
•设计与制造之间的差异。
•不同的孔隙率和孔径对机械性能的影响。
•结构损伤的机理。
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钛合金支架由晶胞组成(L,a和s分别是单位、投影孔径和支杆尺寸)以及模仿骨小梁的钛合金支架的微观形态。a晶胞和钛合金支架,b支架的微观形态。

研究团队获得了五个用于研究的长方体支架,每个支架具有不同的孔隙率,这些支架是使用Ti6Al4V钛合金粉末通过EBM制造而成的。其他标本也以致密的圆柱钛形式进行了3D打印。

研究人员表示,研究了孔隙率和机械性能之间的相关性,研究了在相同加载速度下具有不同孔径和孔隙率的脚手架样品。压缩测试包括从两个不同的加载方向研究在相同加载速度下试样的各向异性,以及不同加载速度对机械性能的影响。

他们还检查了来自不同位置和打印过程的样品的机械性能,包括9个不同的位置和3个方向。密度记为:4.3541037 g / cm3由3D打印的致密圆柱体样品计算得出。研究团队还指出,孔隙率始终“低于设计值”。

比较脚手架样品设计值与实际值。(a)支柱尺寸,(b)投影孔径,(c)孔隙率。

合适的孔隙率和连通性允许:
•附着力
•扩散
•差异化
•引导骨组织进入孔隙
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五个不同规格的脚手架样品的实际支杆尺寸、孔径和孔隙率。
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研究人员表示:“ 3D打印钛合金支架的参数,例如孔径、孔隙率、孔型和表面处理,对体外骨骼生长和成骨细胞性能具有重要影响。我们已经系统地研究了模拟小梁骨的3D打印钛合金支架的结构设计、制造和机械性能。这项研究可能会揭示具有适当结构和功能的假体的应用。”
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9个不同位置试样的压缩应力-应变曲线及其局部放大图以及某些试样的断裂形态。(a)至(e)是五个试样的断裂模式。

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