应用于承载骨的梯度多孔支架力学性能研究

李传生，曾寿金，许明三，刘广，何伟辉

(福建工程学院 机械与汽车工程学院，福建 福州 350118)

钛合金具有较高的比强度、良好的耐腐蚀性、优异的生物相容性以及适当的力学性能，在人工骨等生物医用领域得到广泛的研究与应用。但是钛合金的弹性模量(110 GPa)远高于人骨弹性模量(1～30 GPa)，植入后容易出现应力屏蔽效应，最终导致种植体松动或自体骨断裂[1]。所以需要将钛合金制作为多孔钛，以降低其等效弹性模量，改善整体的力学性能，维持支架的长期稳定性。选区激光熔化(selective laser melting，简称SLM)技术是金属增材制造最具前景的应用技术之一，它的出现为多孔钛合金的制备提供了一种非常有效的手段。

骨植入体需要具有和天然骨相似的形貌特征和力学性能。天然骨主要由高强度、高弹性模量的皮质骨与低强度、低弹性模量的松质骨组成。皮质骨孔隙率较低，主要起力学承载作用，松质骨孔隙率较高，能够进行物质传递[2]。基于孔径、孔隙形态及孔隙率优化分布的梯度多孔支架，因在特定区域承载不同机械性能而在承载骨方面受到越来越多的关注。三周期极小曲面(triply periodic minimal surfaces，TPMS)是一种在三维空间中3个独立方向均呈周期性的曲面，其面上的任一点平均曲率均为0，具有几何形状多样，并可构建参数化数学模型对其进行描述的优点[3]。通过修改TPMS隐函数表达式参数，可以实现梯度多孔支架的设计。此外，TPMS多孔结构具有高渗透、高表面积与体积比的特性，可以促进细胞生长[4]。……