SLM成形不同孔隙结构骨支架的仿真与实验研究

摘要

目的确定多孔骨骼支架的最佳结构及孔隙率。方法建立不同孔隙率、不同结构的18个多孔支架模型,通过有限元对多孔支架分别进行应力、应变模拟分析,通过选择性激光熔化(SLM)技术制备A,B,C这3种不同结构、孔隙率范围相近(65%~90%)、支架直径相同(300μm)的多孔316L支架。通过压缩试验、微观组织分析、X射线衍射试验(XRD)对不同多孔支架进行表面微观组织分析及力学性能研究。通过有限元模拟获得适用于人体皮质骨及松质骨的不同多孔支架结构及孔隙率。结果 A类结构孔隙率为90%的多孔骨骼支架弹性模量为7.5 GPa,抗压强度为11.62 MPa,与人体松质骨相吻合;B类结构孔隙率为80%的多孔骨骼支架弹性模量为18.9 GPa,抗压强度为127.01 MPa,与皮质骨相吻合。结论通过模拟及试验,确定了适用于不同骨骼部位的最佳结构及孔隙率,并且多孔结构有利于营养物质及血液的运输,保证了骨骼替代物的生物力学性能,有助于患者的康复。