| 3D打印金属椎体替代物力学性能 |
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| 作者姓名： | 董恩纯 康建峰 孙畅宁 李涤尘 罗洋 王玲 栗向东 |
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| 作者单位： | 西安交通大学 机械工程学院,机械制造系统工程国家重点实验室;国家药品监督管理局医用增材制造器械研究与评价重点实验室;佛山科学技术学院 机电工程与自动化学院;天津市医疗器械质量监督检验中心;空军军医大学西京医院 骨科 |
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| 基金项目： | 国家重点研发计划项目（2022YFB4600500）,陕西省自然科学基础研究计划项目（2022JQ-378）,中国博士后科学基金项目（2020M683458）,国家自然科学基金项目（51835010,12202347）,广东省重点领域研发计划项目（2018B090906001）,中央高校基本科研业务费,陕西省创新团队（2023-CX-TD-17）,陕西省科技统筹创新工程计划项目（2016KTCQ01-44) |
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| 摘 要： | 目的 对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法 通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果 钛网等效弹性模量[(2 908.73±287.39) MPa]仅次于拓扑型椎体替代物,但其结构强度与稳定性较差,等效屈服强度[(46.61±4.85) MPa]仅高于多孔型椎体替代物,且在压缩中率先屈服;多孔型椎体替代物结构强度[(18.14±0.17)~(25.79±0.40) MPa)]不足,难以满足脊柱重建力学要求;桁架型椎体替代物等效弹性模量[(2 477.86±55.19)~(2 620.08±194.36)MPa]与等效屈服强度[(77.61±0.50)~(88.42±1.07) MPa]良好但稳定性不足,在压缩过程中容易出现失稳现象;拓扑型椎体替代物具有最高的等效弹性模量[(3 746.28±183.80) MPa]与等效屈服强度[(177.43±3.82) MPa],可为人工椎体在体服役安全稳定提供更强保障。结论 拓扑优化方法可实现椎体替代物高强度、高稳定性设计,提供更大的设计空间与安全余量,为人工椎体轻量化与新材料设计提供更多可能。
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| 关 键 词： | 椎体替代物 钛网 3D 打印 力学性能 拓扑优化 |
| 收稿时间： | 2023-05-17 |
| 修稿时间： | 2023-06-20 |
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