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选择性激光熔融制备连续功能梯度多孔钛骨支架

选择性激光熔融制备连续功能梯度多孔钛骨支架

供稿人:康建峰、王玲   发布日期:2018-10-19
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纯钛或钛合金多孔支架已能接近人体骨模量属性。然而,用于仿生自然骨的刚度梯度渐变特征非常重要,高孔隙率有利于骨细胞贴附/增殖/分化,低孔隙率保证了承载区足够的力学性能需求。理想的有利于骨内生长的支架孔隙率为90%,如果采用均匀孔隙其力学性能难以满足实际承载的强度要求,因而,功能梯度多孔支架(FGPS)将所需的高孔隙率和力学性能完美组合,为骨替代物提供了良好的综合性能。传统制造FGPS存在孔隙与力学性能可控性难、精度低、难重复等问题,而采用选择性激光融化(SLM)能直接制造完整的互连通金属多孔支架。目前少有研究侧重于SLM制备FGPS。为此,华中科技大学史玉升教授团队围绕三维周期极小曲面D型曲面单元,采用SLM制备不同梯度孔隙率的试样,对其进行微观结构评估和力学性能测试。

图1 梯度多孔结构的测试结果:(a) 应力应变曲线;(b) 压缩变形;(c) 多孔结构相对模量及强度同相对密度的函数关系

通过对功能梯度多孔支架进行显微形貌观察内部并无缺陷,且孔隙率与CAD模型的偏差为3.61%,具有良好的几何重复性;SLM加工的支柱直径范围为483μm-905μm;且弹性模量和屈服强度范围分别为0.28-0.59GPa和3.79-17.75MPa;通过压缩实验测量,开发了梯度孔隙率和压缩力学性能的数学关系。该研究将为设计和制造性能更优的骨替代物梯度多孔支架提供一种新的方法。

参考文献:

  1. Han C, Li Y, Wang Q, et al. Continuous functionally graded porous titanium scaffolds manufactured by selective laser melting for bone implants [J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2018, 80:119.