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选区激光熔融Ti6Al4V支架开孔结构方向对力学性能的影响

选区激光熔融Ti6Al4V支架开孔结构方向对力学性能的影响

供稿人:康建峰 王玲   发布日期:2018-01-24
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开孔结构的金属植入物具有良好的生物相容性和接近骨模量的特性,能有效降低假体的应力屏蔽效应,从而提高假体中远期稳定性。然而,当多孔金属支架植入后将承担不同方向的力学载荷,与传统的单轴力学测试仍有所差别。因此,Weißmann等研究了开孔结构排列方向对力学性能的影响。

表1 开孔结构T1与T2的空间旋转角度
材料与方法简介

针对两种不同大小的多孔单元,通过空间旋转不同角度构建不同单元的排列方向,如表1所示。采用选区激光熔融(SLM)技术加工力学性能测试试样,按照DIN EN50106标准进行单轴压缩性能测试,测量结果如图2所示。

图1 不同类型的多孔结构力学性能测试:(a) 多孔结构测试样件(T2-IV);(b) 多孔单元压缩测试的应力-应变曲线;(c) 压缩测试的力学性能结果

实验结果显示:多孔单元的排列方向将改变其力学性能,弹性模量在3.4-26.3GPa变化,影响性能的因素主要为:多孔单元的几何尺寸,尤其是长度比;承受载荷的支柱位置;成形工艺中支柱的方位。多孔单元的排列方向将反映出支架设计的各向异性特性,因此在研究评价多孔骨支架时有必要考虑不同载荷方向的影响。

参考文献:

  1. Weissmann V, Bader R, Hansmann H, et al. Influence of the structural orientation on the mechanical properties of selective laser melted Ti6Al4V open-porous scaffolds[J]. Materials & Design, 2016. 95: 188-197.