طرف صناعي للورك مصنوع من التيتانيوم بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد فشل هيكليًا بعد ستة أشهر من زراعته. كشف التحليل باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق (micro-CT) عن السبب الجذري: فراغات تلبيد داخلية متعددة عملت كمكثفات للإجهادات. توضح هذه الحالة مشكلة حرجة في التصنيع الإضافي للغرسات الطبية، حيث تؤدي المسامية المتبقية إلى الإضرار بمقاومة الكلال للمادة، مما يؤدي إلى كسر مبكر تحت الأحمال الدورية الفسيولوجية.
التقسيم والشبكات: من التصوير المقطعي المحوسب الدقيق إلى Ansys 🛠️
تبدأ عملية المحاكاة باستيراد بيانات DICOM من التصوير المقطعي المحوسب الدقيق إلى Simpleware ScanIP أو Materialise Mimics. في هذه المنصات، يتم تقسيم الهندسة الفعلية للطرف الصناعي الفاشل، وعزل منطقة الكسر والفراغات الداخلية. بعد ذلك، يتم إنشاء شبكة حجمية عالية الدقة تلتقط المسامية. يتم تصدير هذه الشبكة إلى Ansys Mechanical، حيث يتم تعريف نموذج كلال للمواد (معيار Goodman أو Soderberg) باستخدام خصائص التيتانيوم Ti-6Al-4V. تطبق المحاكاة دورة تحميل مكافئة للمشي البشري (800 إلى 2500 نيوتن)، مما يكشف أن الفراغات تقلل العمر الافتراضي للمكون بنسبة 70% مقارنة بالتصميم المثالي الخالي من العيوب.
دروس لتصميم الغرسات الحرجة ⚠️
المقارنة بين نموذج CAD المثالي والمسح الفعلي مدمرة. بينما كان التصميم النظري يتحمل أكثر من 10 ملايين دورة، فشل الطرف الصناعي ذو المسامية في أقل من 500,000 دورة. تثبت هذه الحالة أن محاكاة الكلال لا يمكن أن تعتمد فقط على الأشكال الهندسية المثالية. إن دمج بيانات التصوير المقطعي المحوسب الدقيق في سير العمل مع Simpleware و Ansys يسمح بالتنبؤ بالفشل الفعلي، مما يضع معيارًا جديدًا لمراقبة الجودة للغرسات العظمية المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
كيف يؤثر وجود فراغات التلبيد الدقيقة في أطراف الورك المصنوعة من التيتانيوم والمطبوعة ثلاثية الأبعاد على التنبؤ بالعمر الافتراضي في الكلال، مع مراعاة الأحمال الدورية الفسيولوجية والتباين الهندسي للعيب؟
(ملاحظة جانبية: كلال المواد يشبه حالك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)