基于激光选区熔化技术多孔结构植入体性能的研究

• 作 者: 王亚玲
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 多孔结构 激光选区熔化技术 成型精度 力学性能 牙种植体

随着医学领域的不断创新和发展,人工植入体已成为修复骨缺损最有效的方法。然而,传统医用钛及其合金植入体的弹性模量远大于人体骨骼,植入人体后易产生“应力屏蔽”现象,形成骨吸收,最终导致手术失败。因此,设计具有可控多孔结构的植入体,既能使其力学性能与骨组织接近,也能提高植入体与骨组织的结合能力,成为种植技术的主要发展方向。由于传统切削方式无法制造具有内部通孔结构的植入体,本研究采用激光选区熔化技术制造多孔植入体,开展以下几个方面的研究:(1)基于激光选取熔化技术制造具有内部连通孔隙结构的植入体,对激光选区熔化技术工艺进行研究,通过理论和实验的方法确定工艺流程、路径规划、成型方向及工艺参数;(2)根据典型多孔结构设计原则,设计正六面体、蜂窝结构两种多孔结构,从产业化角度出发,为提高设计效率,基于Solidworks的二次开发进行参数化设计平台研发;(3)利用数值模拟和试验的方法对两种典型多孔结构的力学性能进行评估,选择成型精度和力学性能较好的多孔结构,并进行各种植入体产品的试制;(4)牙种植体的市场需求巨大,然而典型多孔结构不适用于牙种植体制造,因此对多孔结构牙种植体进行结构改进设计(空心与实心结构)与应用基础研究,并通过力学性能及骨结合性能验证改进设计的合理性。研究结果显示,基于激光选区熔化技术成型多孔结构具有良好的力学性能;典型多孔结构中正六面体结构在成型精度及力学性能上较蜂窝结构更好;多孔结构孔隙率为50%~70%时,其弹性模量接近人体骨组织,力学性能满足要求,设计者需根据不同目标需求,在上述范围内选取合理设计参数;由于典型多孔结构不适用于多孔牙种植体,需对多孔牙种植体结构进行改进,设计特殊多孔结构(实心结构、空心结构),改进后的空心结构满足力学性能要求,且具有优越的骨结合性能。