3D打印骨支架结构设计及其应力分布研究

骨支架的应力集中会导致结构发生开裂或坍塌,严重影响骨支架的承载能力。应力集中容易发生在孔与孔的连接处,因此,孔的形状设计是影响骨支架应力的关键因素。以1 mm×1 mm×1 mm的立方体为基础单元,分别构建了正方形孔、正六边形孔、圆形孔和立方密排单元4种三维模型,通过调整孔径获得不同孔隙率的单元体模型。使用有限元方法对单元体模型进行静态压缩数值模拟,结果表明,孔隙率为36%~66%时,最大应力最小的结构是立方密排结构,分别为5.50、7.18、10.53和15.41 MPa;综合应力分布云图和压缩等效模量图,得出立方密排单元结构的力学性能最好。采用选择性激光烧结技术制备立方密排单元结构的支架,该支架具有较好的抗压强度。