熔融沉积成型和选择性激光烧结打印聚醚醚酮髁突假体的生物力学研究

作者：郭芳; 黄硕; 刘宁; 李永锋; 胡敏; 石长全; 李涤尘; 刘昌奎^*

来源：医用生物力学, 2021, 36(02): 264-270.

DOI：10.16156/j.1004-7220.2021.02.015

• 熔融沉积成型
• 选择性激光烧结
• 力学测试
• 髁突假体
• 聚醚醚酮

目的对3D打印个性化聚醚醚酮(poly-ether-ether-ketone,PEEK)髁突假体进行有限元分析和压缩性能测试,分析假体的应力分布特征及机械力学性能,评估假体的临床应用价值及应用前景。方法通过CBCT、Mimics、Geomagic Studio、Solid Works和ANSYS Workbench等软件建立PEEK髁突假体、下颌骨和固定螺钉的有限元模型,加载最大咀嚼力,记录髁突假体和螺钉的最大应力以及下颌骨的应力应变。模拟临床实际情况,设计专用夹具,以1 mm/min速率对熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)和选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)两种方法制备的髁突假体进行压缩性能测试。结果有限元分析发现,PEEK髁突假体的峰值应力位于髁突颈的后部,为10.733 MPa; 5个固定螺钉的峰值应力集中在靠近下颌升支后缘的2#和5#螺钉,为9.707 5 MPa;假体和螺钉的峰值应力均小于其屈服强度。压缩实验发现,FDM和SLS制备髁突假体可承受的最大压力分别为(3 814.7±442.6)、(1 193.970±260.350) N; FDM制备假体相较于SLS制备不但压缩强度较大,且韧性较好。结论 3D打印个性化聚醚醚酮髁突假体显示出均匀的应力分布和较好的机械力学性能,可为PEEK作为修复颞下颌关节的重建材料提供理论依据。

• 单位
  西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室; 中国人民解放军总医院; 西安医学院