不規則多孔結構鈦合金人體植入物的制備和性能研究

王 琪,劉小娜 ,黃 晟 ,陸 軍

(1.江蘇科技大學 機械工程學院，江蘇 鎮江 212003)(2.江蘇省蘇州市康力骨科器械有限公司，江蘇 張家港 215600)

鈦合金植入物具有無毒、質輕、高強度和良好的生物相容性。研究表明，鈦合金的彈性模量與骨組織的彈性模量有差異，植入物和骨組織接觸面之間好似有屏障，植入物承接了原作用在骨骼上的法向應力，使應力傳輸不到相鄰的骨組織上，即產生“應力屏蔽”效應。骨長期受到較小的應力刺激，會逐漸出現骨細胞凋零，使得植入物和骨組織界面間產生間隙，最終導致植入物松動或脫落[1]。

人體骨骼內部存在孔隙，其結構復雜，具有不均勻性和各向異性，即使在同一部位，力學性能也有很大差別。將多孔結構應用于鈦金屬植入物可以將植入物的彈性模量降低到人體骨組織的彈性模量范圍內，縮小骨組織與鈦金屬植入物的力學性能差異，使得“應力屏蔽”問題得到一定程度的解決[2]。同時，多孔結構可為血液和組織液的運輸提供通道，促進骨組織的長入，進而實現骨組織與植入物的融合。

基于Voronoi剖分原理，在空間內給定種子點的基礎上，通過Rhion 6軟件中GH插件的特定算法將種子點連接在一起，形成空間多邊體，這些多面體區域實現空間的劃分，且每個多面體區域相互獨立；利用GH插件中3D Voronoi運算器生成Voronoi單元，然后利用GH插件中Mesh運算器構建四邊形網格，形成多孔結構[3]。采用激光選區熔化技術(SLM)制備多孔結構樣件，研究了不規則度和孔隙率對多孔結構件抗壓強度和彈性模量的影響，以期為不規則多孔結構件的制備提供借鑒。……