3D 프린팅으로 제작된 티타늄 고관절 보형물이 이식 6개월 만에 구조적으로 파손되었습니다. 마이크로CT 분석 결과 근본 원인은 응력 집중기로 작용한 내부 다수의 소결 공극으로 밝혀졌습니다. 이 사례는 의료용 임플란트의 적층 제조에서 잔류 기공률이 재료의 피로 강도를 저하시켜 생리학적 주기 하중 하에서 조기 파괴를 초래하는 중요한 문제를 보여줍니다.
분할 및 메싱: 마이크로CT에서 Ansys까지 🛠️
시뮬레이션 프로세스는 마이크로CT의 DICOM 데이터를 Simpleware ScanIP 또는 Materialise Mimics로 가져오면서 시작됩니다. 이러한 플랫폼에서 파손된 보형물의 실제 형상을 분할하여 파단 영역과 내부 공극을 분리합니다. 그런 다음 기공률을 포착하는 고충실도 체적 메싱을 생성합니다. 이 메싱은 Ansys Mechanical로 내보내져 Ti-6Al-4V 티타늄의 특성을 사용하여 재료 피로 모델(Goodman 또는 Soderberg 기준)이 정의됩니다. 시뮬레이션은 인간 보행에 해당하는 하중 사이클(800~2500N)을 적용하여 공극이 결함이 없는 이상적인 설계에 비해 구성 요소의 수명을 70% 감소시킨다는 것을 보여줍니다.
중요 임플란트 설계를 위한 교훈 ⚠️
이상적인 CAD 모델과 실제 스캔의 비교는 충격적입니다. 이론적 설계는 1천만 사이클 이상을 견딘 반면, 기공률이 있는 보형물은 50만 사이클 미만에서 파손되었습니다. 이 사례는 피로 시뮬레이션이 완벽한 형상에만 기반할 수 없음을 증명합니다. Simpleware 및 Ansys와 함께 마이크로CT 데이터를 워크플로에 통합하면 실제 파손을 예측할 수 있어 3D 프린팅 정형외과 임플란트에 대한 새로운 품질 관리 표준을 수립합니다.
3D 프린팅 티타늄 고관절 보형물의 미세 소결 공극 존재가 생리학적 주기 하중과 결함의 기하학적 변동성을 고려할 때 피로 수명 예측에 어떤 영향을 미칩니까?
(추신: 재료 피로는 10시간 시뮬레이션 후의 당신과 같습니다.)