[發明專利]基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法

在審

• 申請號: 201710772612.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107563056A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 王英俊;李巍華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00;G06T19/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

1.基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，包括步驟：

CT掃描建立骨骼幾何模型并選擇微結構，將孔隙率、微結構孔徑大小、微結構壁厚條件作為拓撲優化的約束條件；

以均勻化方法計算等效實體單元屬性，并采用有限元以等效實體單元計算植入物力學性能；

以密度法拓撲優化技術獲得植入物區域內的密度分布，將孔隙率、微結構孔徑大小、微結構壁厚條件作為拓撲優化的約束條件；

以有限元節點單元位置信息為基礎，構建變密度梯度多空骨科植入物的幾何模型；

通過3D打印加工制造所述變密度多孔金屬骨科植入物。

2.根據權利要求1所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于：CT掃描建立骨骼幾何模型的步驟是根據病人骨骼CT掃描數據，通過醫學影像處理軟件Mimics對CT掃描數據進行處理，重建骨骼幾何模型。

3.根據權利要求1所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于：所述孔隙率要求大于50%，所述微結構孔徑尺寸為50~800μm，微結構壁厚大于100μm。

4.根據權利要求1所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，以均勻化方法計算等效實體單元屬性的步驟具體包括：

利用均勻化方法獲取周期點陣微結構實體在不同相對密度下的等效材料屬性，并將等效材料屬性擬合為相對密度的函數，所述的相對密度為微結構實體部分與整個微結構的體積比。

5.根據權利要求4所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，所述均勻化方法每隔0.1計算微結構實體部分相對密度0.1~1的等效實體屬性，然后采用多項式插值將不同相對密度下的等效實體屬性擬合為材料屬性與相對密度的函數。

6.根據權利要求3所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，采用有限元以等效實體單元計算植入物力學性能的步驟具體包括：有限元計算時，直接通過材料屬性-相對密度函數獲取不同相對密度下的材料屬性，并以等效實體單元計算植入件的力學性能。

7.根據權利要求3所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，以密度法拓撲優化技術獲得植入物區域內的密度分布的步驟具體包括：采用基于單元密度的拓撲優化技術，將微結構胞體的相對密度與等效實體單元的單元密度一一對應進行計算，從而獲取植入件區域的最優密度分布。

8.根據權利要求1所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于：構建變密度梯度多空骨科植入物的幾何模型時，基于植入物的有限元單元離散模型建立所述變密度多孔骨科植入物的幾何模型，以單元節點為單位，平均所有共享該節點的單元密度作為該節點密度，并基于節點密度構建變密度梯度多孔植入物STL格式幾何模型。

9.根據權利要求8所述的基于拓撲優化技術的變密度多孔金屬骨科植入物制備方法，其特征在于，3D打印時，采用3D打印軟件直接對STL模型進行切片處理，實現本發明的3D打印加工制造。