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3D打印机在制造钛质髋关节植入物的深入创新

来源:客户端

发布时间:2019-06-27 17:36:26

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在“轻型髋关节植入物的设计、制造和疲劳分析”中,土耳其研究人员尤努斯·E·德利坎利(Yunus E.Delikanli)和梅梅梅特·C·卡亚坎(Mehmet C.Kayacan)探索并测试了3D打印机为全髋关节置换术(THA)制造髋关节植入物的更好方法。大多数人都意识到髋关节的重要性,尤其是出现一些重大健康问题,或者年龄的恶化变得明显和痛苦时。

球窝关节使人类能够进行大部分必要的活动,从就座到步行或跑步或更多需要跳跃的运动。这种关节在一辈子中会承受大量的磨损和撕裂,任何年龄段都可能发生创伤导致的骨折,但老年人更容易发生骨折。研究小组认为,“传统、营养和生活方式”也可以发挥作用。


小孔(0.3 mm,kg)和(b)大孔(0.6 mm,bg)植入物


研究人员说:“在涉及到高体重和体力活动的情况下,股骨上的负荷会增加,从而导致植入物股骨部分产生弯曲和扭转应力。”如果这些应力是重复的和可变的,那么髋关节植入物可能会出现疲劳骨折或变形。

为了在制造植入物方面进一步创新,研究人员使用钛金属粉末(Ti6Al4V合金)进行3D打印。使用Kubisch Raumzentrierten(KRZ)的晶格结构几何图形,在EOS M280直接金属激光烧结(DMLS)机上打印了9个样品,从0.03 mm到固体,多孔率为78.3%。在制作样品后,研究人员发现,由于不仅能够制作复杂的结构,而且能够将内部挖空,重量减少了17%。


植入物的减轻过程


在测试中,研究团队发现,在每个植入物的“颈部区域”中都显示出“最大等效应力”。即使在相同的载荷下,轻型植入物也表现出更大的应力,这归因于横截面积更小,而且更复杂。每种植入物在500万次加载循环后均被认为是成功的,疲劳寿命无限。



“根据ISO 7206标准的要求,所有用DMLS生产的植入物都显示出足够的疲劳性能。此外,有限元分析结果与疲劳试验结果高度一致。因此,通过有限元分析,可以以足够的精度预测研究孔尺寸范围以外的位移。这使我们能够节省生产成本,在不进行任何构建过程的情况下了解植入物的性能。”



几十年前,很少有人能意识到3D打印和周边技术对当今的医疗患者的影响,因为创新研究人员提出了一系列不同的植入物和设备,他们创造了从外科手术指南到重建的所有东西,使现在的人们能够享受到更好的生活质量。

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