一种拓扑优化后的网格点阵结构的椎弓根螺钉制造技术

一种拓扑优化后的网格点阵结构的椎弓根螺钉涉及骨科内植物领域，所述脊柱螺钉的有效设计部分为螺钉杆部分，螺钉杆外侧具有变距螺纹，螺钉杆内部采用拓扑优化后的网格点阵结构填充，在降低弹性模量的同时增加其抗压强度，有效降低应力屏蔽，促进骨生长；另外，该拓扑点阵结构的设计可以让骨水泥均匀充分填充分布在假体与骨质之间。在假体与骨质之间。在假体与骨质之间。

【技术实现步骤摘要】
一种拓扑优化后的网格点阵结构的椎弓根螺钉


[0001]本专利技术涉及骨科内植物领域，特别涉及一种SLM制造拓扑优化结构椎弓根螺钉。

技术介绍

[0002]激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)作为一种先进的金属制造成型技术，在制备骨植入物方面具有巨大的优势。
[0003]医用金属植入物常用于人体承力部分的骨组织修复，但由于其较高的弹性模量引起的“应力屏蔽”现象，所以将其设计成网格结构。网格植入体在体内一方面可以为骨细胞的粘附、迁移和增值提供必要的生存空间，另一方面还可以为细胞的繁殖、代谢提供营养与代谢产物的传输通道。所以网格植入体在骨组织修复与重建中具有重要的地位。近几十年来，随着快速成型技术的迅猛发展，制造结构复杂零件的能力大大提高但是网格结构的力学强度等性能上不能给出满意的结果。随着优化算法和计算机技术的迅速发展，结构优化，特别是结构拓扑优化方法的研究和应用得到了巨大的发展。拓扑优化设计旨在通过对单元结构的孔隙率、孔径大小、孔间连通性等特征的调控，使得调整后的结构能够在满足强度、刚度、稳定性以及其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拓扑优化后的网格点阵结构的椎弓根螺钉，其特征在于，包括：螺钉杆内部，采用拓扑优化后的网格点阵结构填充，网格点阵结构由单个胞元通过阵列获得，单个胞元是由八个相貌相同但组合方向各异的拓扑优化后的结构组合而成；拓扑优化的步骤如下：步骤一：基于ANSYS拓扑优化后的的密度云图结果，截取垂直于z轴方向不同位置处的xy剖面图，利用Solidworks三维制图软件对拓扑优化后的单元网格模型进行重建并进行表面顺滑化处理；步骤二：重建后的单元网格结构以八个为一组，利用布尔运算操作将单元网格结构堆叠成一个单元网格阵列结构，作为之后网格阵列结构的基础设计单元；将单元网格阵列结构导入Materialise Magics软件里面，对模型进行进一步的修复，主要修复对象是对结构的坏边、缝隙和孔洞进行缝合，以及对反向三角面片、重叠交叉三角面片和干扰壳体进行删除；步骤三：选中步骤二中在Materialise Magics中修复好的单元网格阵列结构，即一个拓扑优化后的单元网格阵列结构；步骤四：重复利用相同步骤一、步骤二和步骤三，可以得到孔隙率值为60％
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70％的拓扑优化后的网格结构，取60％
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70％范围内任意的两个孔隙率值的网格结构，并在平行于力线的方向上进行复制堆叠，对复制堆叠后的网格结构以及底面直径为6.0mm
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6.5mm的圆柱形状螺钉杆进行布尔并运算，得到由网格结构填充的螺钉杆，网格结构的填充高度占螺钉杆全长的2/3；步骤五：在步骤四中最后得到的网格结构填充后的模型上进行后续螺钉其他部位的制作；单个胞元的具体组合方式是：将一个经过拓扑优化后的结构模型以经过受力方向的表面B为基准面，进行一次镜像处理得到完整胞元结构的1/4胞元模型，然后将得到的1/4胞元模型以表面A为基准面进行镜像处理得到完整胞元结构的1/2胞元模型，再将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬云，黄婷婷，刘智远，黄浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：