高孔隙度可再生骨支架仿真与实验研究

作者：徐淑波; 赵晨浩; 刘建营; 张森; 薛现猛; 柳婷婷; 林少宇

来源：精密成形工程, 2023, 15(01): 120-127.

DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.01.016

• 选区激光熔化
• 静力学仿真模拟
• 生物力学仿真实验
• Voronoi多孔结构
• 高孔隙度
• 步态周期

目的 确定单元体与股骨的最佳孔隙度骨支架结构。方法 通过扫描电镜分析选区激光熔化（Selective lasermelting,SLM）成形试样的微观结构；通过静力学模拟与实验分析不同孔隙度下标准结构与Voronoi多孔结构的压缩变形规律；通过生物力学仿真实验分析步态周期下标准结构与Voronoi多孔结构的应力分布情况。结果 在选区激光熔化成形的316L不锈钢微观组织中，均匀分布着细小的近六边形、伸长六边形的胞状结构和条柱状亚结构，受压时有利于分散应力，提高整体结构的稳定性；在压缩变形时，标准结构应力集中于垂直棱柱，易导致棱柱断裂引起试样倾斜；Voronoi结构连接杆的不均匀分布有利于分散应力，使Voronoi结构的最大等效应力（250.34 MPa）远低于标准结构（738.07 MPa），保证了整体受力均匀与结构稳定；在步态周期下，2种骨支架结构的应力随孔隙度的增加而增加，75%孔隙度的Voronoi结构具有更优异的承压能力与缓解应力屏蔽的作用。结论 通过模拟与试验分析，确定了单元体与股骨的最佳孔隙度及Voronoi结构优异的力学性能，验证了在步态周期下高孔隙度Voronoi骨支架结构的可靠性，为股骨置换手术提供了理论依据。

• 单位
  山东建筑大学; 华南理工大学