本文關(guān)鍵詞：基于3D打印技術(shù)的下頜骨三維網(wǎng)狀鈦修復(fù)體設(shè)計(jì)及制造研究

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【摘要】：[研究背景]下頜骨缺損造成連續(xù)性中斷有多種原因,包括頜面創(chuàng)傷、骨髓炎、骨壞死,良性或惡性腫瘤的切除等。長(zhǎng)期以來,盡管有各種修復(fù)重建方法的應(yīng)用,節(jié)段性下頜骨缺損修復(fù)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。臨床恢復(fù)下頜骨連續(xù)性時(shí)應(yīng)用成型鈦板或個(gè)性化鈦修復(fù)體應(yīng)具有適當(dāng)?shù)耐庑魏土己玫纳锵嗳菪?重建的結(jié)果往往是不能良好構(gòu)建復(fù)雜的面部輪廓和功能恢復(fù)。利用三維網(wǎng)狀鈦支架的組織工程技術(shù)為骨組織的修復(fù)和重建提供了新的思路和方法。金屬3D打印技術(shù)使得更大設(shè)計(jì)自由度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)鈦支架可以被制造出來,可更好調(diào)控修復(fù)體結(jié)構(gòu)及力學(xué)參數(shù)以達(dá)到良好力學(xué)相容性。對(duì)個(gè)性化下頜骨修復(fù)體進(jìn)行三維網(wǎng)狀化設(shè)計(jì)和制造是一項(xiàng)非常有意義的研究。[目的]研究用于下頜骨缺損修復(fù)重建的三維網(wǎng)狀組織工程支架理想建模方法及理論力學(xué)模型分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并用3D打印制備鈦支架對(duì)提出建模設(shè)計(jì)方法的可行性、有效性進(jìn)行驗(yàn)證。[方法]第一部分對(duì)下頜骨缺損個(gè)性化修復(fù)體重建的臨床病例進(jìn)行生物力學(xué)分析,提出下頜骨個(gè)性化修復(fù)體生物力學(xué)要求。第二部分基于3D打印技術(shù)建立用于個(gè)性化下頜骨缺損修復(fù)重建三維網(wǎng)狀修復(fù)體支架的力學(xué)模型,并在遵循良好的生物力學(xué)分布的基礎(chǔ)上盡量減少異質(zhì)材料的設(shè)計(jì)原則,采用UG NX 8.0軟件建立規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與修復(fù)體外形模型之間布爾運(yùn)算獲得滿足組織工程要求的支架及結(jié)合ANSYS 14.0軟件設(shè)計(jì)支架內(nèi)部三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的建模方法。根據(jù)以最小的重量實(shí)現(xiàn)支架最大的強(qiáng)度和最優(yōu)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化目的通過理論模型分析對(duì)支架三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化以滿足缺損區(qū)域修復(fù)的機(jī)械和生物需求,獲得輕量化、高孔隙率、生物力學(xué)仿生分布的支架模型第三部分采用金屬3D打印技術(shù)(EBM)直接成型制備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)Ti-6Al-4V支架,對(duì)上述建模方法及成型技術(shù)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。第四部分通過金屬3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)及制造完成Ti-6Al-4V絲材、板材及不同絲徑、孔隙率的三維網(wǎng)狀支架對(duì)微觀組織及力學(xué)性能進(jìn)行了分析。[結(jié)果]數(shù)字化建模方法完成三維網(wǎng)狀支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中有限元拓?fù)鋬?yōu)化使應(yīng)力峰值下降10%,體積減小43%,孔隙率提高到76.32%,通過電子束熔化技術(shù)(EBM)制備成型三維網(wǎng)狀鈦修復(fù)體。金屬3D打印制備的Ti-6Al-4V樣件力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果化學(xué)成分及微觀組織結(jié)構(gòu)均滿足鈦合金標(biāo)準(zhǔn)要求。絲徑0.5mm,孔隙率88.5%三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)抗壓極限強(qiáng)度達(dá)到131N,可以滿足下頜骨修復(fù)體力學(xué)強(qiáng)度要求。[結(jié)論]設(shè)計(jì)三維網(wǎng)狀支架可以應(yīng)用多種方法,在設(shè)計(jì)過程中考慮機(jī)械和生物學(xué)要求,進(jìn)行力學(xué)分析和優(yōu)化來獲得理想的下頜骨三維網(wǎng)狀修復(fù)體支架是重要的,3D打印技術(shù)可以有效地完成三維網(wǎng)狀支架制作。
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R782;TP391.73

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本文編號(hào)：1261166