TC4负泊松比复合结构的人工骨力学性能调控研究

目的 基于不同变形机制的负泊松比结构优化设计新型复合多孔结构样件,增加力学性能的调控维度,以满足人体骨低弹性模量的匹配要求.方法 用内凹多边形替代手性结构的圆环,以获得新型的复合胞元结构.利用选区激光熔化成形技术制备负泊松比多孔人工骨样件,通过压缩实验揭示胞元结构类型、结构参数、孔隙率对屈服强度、弹性模量的影响规律,评测不同结构样件与人体骨间的力学性能匹配程度.结果 当孔隙率为65％～85％时,复合结构样件的成形质量、力学性能基本介于手性结构的和内凹结构的之间,且与孔隙率密切相关.手性结构、内凹结构和复合结构的弹性模量分别为2.39～4.64、1.12～3.77、1.01～3.47 GPa,屈服强度分别为65.19～223.06、45.25～195.81、26.54～143.58 MPa.复合结构的弹性模量随环径和内凹角度的增大而减小.当孔隙率为75％时,环径由2.4 mm变至2.0 mm,弹性模量由2.651 GPa降低至2.082 GPa.当内凹角度由85°变至65°时,弹性模量则由3.566 GPa降低至1.982 GPa.结论 复合胞元结构可以融合材料特性,增加调控维度,进而匹配人工骨结构的低弹性模量要求.