面向3D打印的钛合金点阵接骨板设计及其仿真

• 作者: 张聪 贾德君 李范春 徐一通 张源
• 来源期刊: 上海交通大学学报
• 关键词: 3D打印 金属接骨板 刚度 应力屏蔽效应 点阵结构 有限元分析
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 页码范围: 170-178
• 页数: 9页
• 分类号: R687.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.196

摘要

为了改善骨折愈合过程中因金属接骨板弹性模量过大引起的应力屏蔽效应问题,基于拓扑优化与有限元建模技术设计一种面向3D打印的点阵结构接骨板.以钛合金胫骨接骨板为例,建立简化有限元模型,结合有限元法及数据采样方法,分别对实体接骨板系统和点阵接骨板系统进行仿真,并对比其力学性能上的异同点.基于点阵接骨板系统的力学性能分析,实现接骨板的轻量化设计,改善骨骼应力屏蔽效应.计算结果表明:在保证强度的情况下,点阵结构的接骨板设计可减小40％左右的接骨板质量;点阵接骨板对厚度较为敏感,通过小范围减小接骨板的厚度,可明显降低接骨板刚度;点阵接骨板的应用可以有效提高4％左右的骨骼平均应力,减小骨骼的应力屏蔽效应.仿真分析结果可为低应力屏蔽接骨板的设计提供一定的参考依据.