高孔隙度可再生骨支架仿真與實驗研究

徐淑波，趙晨浩，劉建營，張森，薛現猛，柳婷婷，林少宇

高孔隙度可再生骨支架仿真與實驗研究

徐淑波1,2，趙晨浩1，劉建營1，張森1，薛現猛1，柳婷婷1，林少宇1

（1.山東建筑大學 材料科學與工程學院，濟南 250101；2.華南理工大學 國家金屬材料近凈成形工程技術研究中心，廣州 510640）

確定單元體與股骨的最佳孔隙度骨支架結構。通過掃描電鏡分析選區激光熔化（Selective laser melting，SLM）成形試樣的微觀結構；通過靜力學模擬與實驗分析不同孔隙度下標準結構與Voronoi多孔結構的壓縮變形規律；通過生物力學仿真實驗分析步態周期下標準結構與Voronoi多孔結構的應力分布情況。在選區激光熔化成形的316L不銹鋼微觀組織中，均勻分布著細小的近六邊形、伸長六邊形的胞狀結構和條柱狀亞結構，受壓時有利于分散應力，提高整體結構的穩定性；在壓縮變形時，標準結構應力集中于垂直棱柱，易導致棱柱斷裂引起試樣傾斜；Voronoi結構連接桿的不均勻分布有利于分散應力，使Voronoi結構的最大等效應力（250.34 MPa）遠低于標準結構（738.07 MPa），保證了整體受力均勻與結構穩定；在步態周期下，2種骨支架結構的應力隨孔隙度的增加而增加，75%孔隙度的Voronoi結構具有更優異的承壓能力與緩解應力屏蔽的作用。通過模擬與試驗分析，確定了單元體與股骨的最佳孔隙度及Voronoi結構優異的力學性能，驗證了在步態周期下高孔隙度Voronoi骨支架結構的可靠性，為股骨置換手術提供了理論依據。

選區激光熔化；靜力學仿真模擬；生物力學仿真實驗；Voronoi多孔結構；……