طرف صناعي مخصص للورك، مصنوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من التيتانيوم، تعطل بعد عامين من الاستخدام. تعرض المريض لكسر في المفصل، مما استدعى تدخلاً جراحياً لمراجعة الحالة. ويتم الآن تحليل هذه الحالة كدراسة تقنية معمقة لتحديد ما إذا كان سبب العطل هو مسامية مفرطة في المادة الملبدة أم قصور في محاكاة أحمال الصدمات أثناء التصميم التوليدي.
التصوير المقطعي الدقيق والمحاكاة: تشخيص العطل 🔬
استخدم فريق التحقيق الجنائي برنامج VGSTUDIO MAX لمعالجة صور التصوير المقطعي الدقيق للطرف الصناعي المكسور. كشف التحليل عن مناطق ذات مسامية مترابطة في عنق الفخذ، تحديداً عند نقطة بدء الشق. عملت هذه التجاويف، النموذجية في عملية التلبيد بالليزر الانتقائي (SLM) لتيتانيوم Ti6Al4V، كمكثفات للإجهاد. بالتوازي، تم إعادة إنشاء نموذج CAD الأصلي في برنامج Ansys Mechanical. أظهرت المحاكاة أن التصميم التوليدي، المُحسّن للأحمال الدورية للمشي العادي، لم يأخذ في الاعتبار سيناريو تحميل عرضي، مثل التعثر أو الصدمة الجانبية. أعطى برنامج التصميم التوليدي في Materialise Magics الأولوية لتقليل الوزن على حساب مقاومة ذروات الأحمال غير المتوقعة.
كيف نمنع التصميم من قتل المتانة ⚙️
تؤكد هذه الحالة على درس بالغ الأهمية في مجال الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد المتخصص: لا يجب أن يتكيف التخصيص مع التشريح فحسب، بل أيضاً مع المخاطر الميكانيكية الحيوية للمريض. من الضروري تضمين أحمال الصدمات المكافئة للسقوط أو الحركة المفاجئة في المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون فحص الجودة بعد الطباعة باستخدام التصوير المقطعي الدقيق إلزامياً، مع تحديد حدود قصوى للمسامية. يمكن استخدام أدوات مثل KeyShot لتقديم تقارير مرئية لتحليل العطل للجراح، مما يسهل اتخاذ القرارات بشأن إعادة تصميم الغرسة.
هل من الممكن التنبؤ، من خلال محاكاة العناصر المحدودة، بالمسامية الحرجة في تصميم طرف صناعي للورك ثلاثي الأبعاد من التيتانيوم لتجنب كسور الإجهاد بعد عامين من الاستخدام؟
(ملاحظة: الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد مخصصة لدرجة أن لها بصمة إصبع.)