Introducción Las estructuras de red son materiales celulares y han atraído mucha atención en el campo de la ingeniería de tejidos porque pueden replicar la morfología y las propiedades mecánicas de los huesos naturales. Los parámetros de diseño clave, como la porosidad, el área de superficie y el tamaño de los poros, son de gran importancia para equilibrar la integridad mecánica y la biocompatibilidad. Un andamio óseo ideal debe tener las mismas propiedades mecánicas que los huesos naturales, y los andamios MDFG fabricados por LPBF hacen posible este objetivo. Este estudio evaluó sistemáticamente los andamios MDFG fabricados por LPBF (que cubre diferentes tipos de estructuras de celosía) para determinar su aplicabilidad en aplicaciones ortopédicas.
Materiales y métodos Los andamios se modelaron utilizando el software NTOPology. Se estableció un cubo con un tamaño de unidad de 20 mm, y se agregó una capa de volumen sólido para simular condiciones de carga fisiológica. Se establecieron diferentes tamaños de unidades y puntos de semilla para diferentes tipos de estructuras de celosía para crear un gradiente de porosidad controlable. Los andamios fueron fabricados por LPBF, se llevaron a cabo la configuración de impresión y se sacaron muestras. Las pruebas de fatiga de ciclo alto (HCF) se llevaron a cabo en condiciones de carga de compresión y compresión, y se seleccionó una celda de carga apropiada.
Resultados Las pruebas de compresión cuasi -estática mostraron que las estructuras de la red giroidea y primitiva tenían excelentes propiedades mecánicas, y sus curvas de desplazamiento de fuerza mostraron un proceso típico de deformación de tres etapas. Las simulaciones de análisis de elementos finitos proporcionaron una base importante para comprender la distribución del estrés, etc., y los resultados de la simulación fueron altamente consistentes con los resultados experimentales. Al comparar la fatiga: muestras fallidas de diferentes andamios, se descubrió que la red giroidea tenía el mejor rendimiento general, el rendimiento a largo plazo de la red primitiva era mejor que el de la red voronoi, y la malla Kelvin tenía la resistencia de fatiga más estable.
Conclusiones Los andamios MDFG, especialmente las estructuras de la red giroidea y primitiva, exhibieron excelentes propiedades mecánicas y fatigadas y fueron una opción ideal para los implantes ortopédicos de carga de carga. Los avances en el diseño del andamio mejoraron la distribución de tensión, etc., y las técnicas de procesamiento posterior fueron cruciales para mejorar las propiedades mecánicas. La investigación futura debería explorar la optimización de la red específica del paciente y los estudios in vivo para mejorar aún más el rendimiento de los implantes ortopédicos y la tasa de éxito de las aplicaciones clínicas. En conclusión, los andamios MDFG TI6AL4V fabricados por LPBF tienen amplias perspectivas de aplicación en el campo de los implantes ortopédicos. A través de la investigación y la mejora continuas, se espera que proporcione mejores opciones de tratamiento para los pacientes.