基于Gyroid三周期极小曲面的多孔骨支架梯度结构设计与力学性能分析

针对人体骨骼与骨支架之间存在的应力屏蔽问题,基于Network型Gyroid多孔结构,提出一种孔隙率随径向和轴向发生梯度变化的多孔骨支架设计方法,并通过有限元仿真对不同孔隙率梯度下的多孔骨支架力学性能和渗透性进行分析。结果表明,当径向梯度变化量为40%时,随着平均孔隙率从50%增加到75%,径向孔隙率梯度相比于均质对多孔骨支架等效杨氏模量的提升幅度约从5.53%提高至17.26%,但对多孔骨支架压缩屈服强度的影响呈下降趋势,提升幅度约从3.57%降至0.69%;当平均孔隙率为75%时,轴向梯度变化量为40%的梯度骨支架比均质骨支架的等效杨氏模量和压缩屈服强度分别下降约61.25%和80.97%;径向梯度骨支架的渗透性优于均质骨支架和轴向梯度骨支架;采用Ti6Al4V材料制造的Network型Gyroid孔隙率梯度多孔骨支架的杨氏模量与密质骨的杨氏模量较为匹配,能有效减小骨支架与人体骨骼之间应力屏蔽的影响。