TU Delft优化3D打印微架构植入物，骨重塑性能提高64%

南极熊导读，3D打印技术每隔一段时间都会产生产生创新，因为通过优秀的设计，才能释放这项技术全部潜力。

△代尔夫特理工大学的工程师提出了一种新的算法，可以优化3D打印骨科植入物

2022年5月31日，代尔夫特理工大学(TU Delft)的研究人员，他们最近发表了关于3D微架构植入物优化设计的最新研究。在这项研究中，他们宣称，突破了骨科植入物优化设计的界限。与传统的实体植入物相比，优化后的3D打印植入物，在骨重塑方面的性能可提高64.0%。

3D可打印微结构材料的最新进展，为开发高度定制的骨科植入物提供了新的可能性。植入物通常由全固体材料制成，但是，这种结构改变了周围骨组织的载荷传递，可能导致界面不稳定和骨吸收。

△a)固体b)均匀晶格c)在局部骨重塑和Hoffman界面应力优化，异质晶格钛植入物的设计和性能

同时，为生产具有前所未有的几何复杂性的机械部件提供了机会。反过来，这种设计自由度使工程师能够设计出，性能大大优于传统工程设计的组件。

在这项工作中，研究人员提出了基于新的计算方法，来合成具有异质微架构的三维(3D)、患者特异性植入物。该方法可同时将负载引起的界面断裂，和假体周围骨重塑的风险降至最低，同时将功能和突破传统设计限制放在首要位置。

△泊松比的三种类型。a)正b)零和c)负

首先，研究人员开发了一种新颖的参数化微架构，具有理想的功能属性和广泛的有效机械性能，包括正负泊松比。然后，他们提出了优化微架构参数空间配置的配方，以同时最大限度地降低负载引起的界面骨折和术后骨重塑的风险。

这种新的算法，适用于传统几何形状的3D钛髋关节植入物的设计。通过将计算机模拟出来的结果与传统的实体植入物对比。经过优化的3D微架构种植体，在骨重塑方面的性能提高了64.0%，界面骨折风险为13.2%。

△该研究的更多细节可以在题为“3D微架构植入物的多目标设计优化”的论文中找到（点我传送门）

目前该研究还没有进行相关临床测试，仅限于在计算机模拟中取得了研究成果。该研究的意义在于，提出的优化策略，能够同时降低界面骨折的风险以及骨重塑（和再吸收）。同时，所提出的方法结合了通用的骨重塑功能和高效的解耦多尺度策略，能够以相对较低的计算成本准确捕获界面力学。

此外，还提出了一种广义立方反手性参数微架构，非常适合功能梯度结构设计，并能够实现广泛的机械性能。