基于SLM的梯度多孔牙种植体力学特性

摘要

目的 确定既满足强度要求又能够有良好长期稳定性的梯度多孔牙种植体最佳孔隙值。方法 设计4组不同孔隙率(G30、G40、G50、G60)的梯度多孔结构样件及均质多孔样件S30,选区激光熔化(SLM)成型后通过准静态压缩试验对其力学性能进行研究,测量出样件的弹性模量和屈服强度。通过有限元分析评估不同孔隙率种植体及对应下颌骨组织的应力分布。结果 相较于实体钛合金结构(110 GPa),多孔结构的弹性模量(13.47~15.88GPa)已完全符合人体自然骨组织(2~20GPa)范围,多孔结构屈服强度(484.81~834.47 MPa)远高于皮质骨(180.5~211.7 MPa);梯度多孔结构样件弹性模量相较于均质多孔结构略有提升,屈服强度(834.47 MPa)比均质多孔结构样件(730.56 MPa)提高了约14%。梯度多孔种植体周围皮质骨最大等效应力值分布在43.3629~45.0154MPa之间,松质骨最大等效应力值分布在4.75658~5.0556MPa之间,完全满足2~60MPa范围内的最大应力,适合骨组织生长。种植体与下颌骨之间的应力差值随着孔隙率的增大而逐渐变大,孔隙率为30%的TPMS–G型梯度多孔牙种植体与下颌骨应力差值最小,生物力学特性最佳,有利于形成稳定的骨整合。结论 通过试验及仿真模拟,确定了适用于种植体的最佳梯度多孔结构,既满足强度要求,又具有良好的长期稳定性。