TU Delft優(yōu)化3D打印微架構(gòu)植入物,，骨重塑性能提高64%

南極熊導(dǎo)讀,，3D打印技術(shù)每隔一段時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生創(chuàng)新,，因?yàn)橥ㄟ^(guò)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，才能釋放這項(xiàng)技術(shù)全部潛力,。

△代爾夫特理工大學(xué)的工程師提出了一種新的算法,，可以?xún)?yōu)化3D打印骨科植入物

2022年5月31日，代爾夫特理工大學(xué)(TU Delft)的研究人員,，他們最近發(fā)表了關(guān)于3D微架構(gòu)植入物優(yōu)化設(shè)計(jì)的最新研究,。在這項(xiàng)研究中，他們宣稱(chēng),，突破了骨科植入物優(yōu)化設(shè)計(jì)的界限,。與傳統(tǒng)的實(shí)體植入物相比，優(yōu)化后的3D打印植入物，在骨重塑方面的性能可提高64.0%,。

3D可打印微結(jié)構(gòu)材料的最新進(jìn)展,，為開(kāi)發(fā)高度定制的骨科植入物提供了新的可能性。植入物通常由全固體材料制成,，但是,，這種結(jié)構(gòu)改變了周?chē)�骨組織的載荷傳遞，可能導(dǎo)致界面不穩(wěn)定和骨吸收,。

△a)固體b)均勻晶格c)在局部骨重塑和Hoffman界面應(yīng)力優(yōu)化,，異質(zhì)晶格鈦植入物的設(shè)計(jì)和性能

同時(shí)，為生產(chǎn)具有前所未有的幾何復(fù)雜性的機(jī)械部件提供了機(jī)會(huì),。反過(guò)來(lái),，這種設(shè)計(jì)自由度使工程師能夠設(shè)計(jì)出，性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的組件,。

在這項(xiàng)工作中,，研究人員提出了基于新的計(jì)算方法，來(lái)合成具有異質(zhì)微架構(gòu)的三維(3D),、患者特異性植入物,。該方法可同時(shí)將負(fù)載引起的界面斷裂，和假體周?chē)�骨重塑的風(fēng)險(xiǎn)降至最低,，同時(shí)將功能和突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)限制放在首要位置,。

△泊松比的三種類(lèi)型。a)正b)零和c)負(fù)

首先,，研究人員開(kāi)發(fā)了一種新穎的參數(shù)化微架構(gòu),，具有理想的功能屬性和廣泛的有效機(jī)械性能，包括正負(fù)泊松比,。然后,，他們提出了優(yōu)化微架構(gòu)參數(shù)空間配置的配方，以同時(shí)最大限度地降低負(fù)載引起的界面骨折和術(shù)后骨重塑的風(fēng)險(xiǎn),。

這種新的算法,，適用于傳統(tǒng)幾何形狀的3D鈦髖關(guān)節(jié)植入物的設(shè)計(jì)。通過(guò)將計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)的結(jié)果與傳統(tǒng)的實(shí)體植入物對(duì)比,。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的3D微架構(gòu)種植體，在骨重塑方面的性能提高了64.0%,，界面骨折風(fēng)險(xiǎn)為13.2%,。

△該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“3D微架構(gòu)植入物的多目標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化”的論文中找到（點(diǎn)我傳送門(mén)）

目前該研究還沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)臨床測(cè)試，僅限于在計(jì)算機(jī)模擬中取得了研究成果,。該研究的意義在于,，提出的優(yōu)化策略，能夠同時(shí)降低界面骨折的風(fēng)險(xiǎn)以及骨重塑（和再吸收）,。同時(shí),，所提出的方法結(jié)合了通用的骨重塑功能和高效的解耦多尺度策略,，能夠以相對(duì)較低的計(jì)算成本準(zhǔn)確捕獲界面力學(xué)。

此外,，還提出了一種廣義立方反手性參數(shù)微架構(gòu),，非常適合功能梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的機(jī)械性能,。