Индивидуальный тазобедренный протез, изготовленный методом 3D-печати из титана, вышел из строя после двух лет использования. У пациента произошел перелом сустава, что потребовало хирургической ревизии. Сейчас этот случай анализируется в рамках углубленного технического исследования, чтобы определить, была ли причиной отказа чрезмерная пористость спеченного материала или недостаток в моделировании ударных нагрузок при генеративном проектировании.
Микро-КТ и симуляция: диагностика отказа 🔬
Группа судебно-медицинской экспертизы использовала VGSTUDIO MAX для обработки микро-КТ изображений сломанного протеза. Анализ выявил зоны взаимосвязанной пористости в шейке бедренной кости, как раз в месте зарождения трещины. Эти полости, типичные для селективного лазерного спекания (SLM) титана Ti6Al4V, выступили в роли концентраторов напряжений. Параллельно была воссоздана оригинальная CAD-модель в Ansys Mechanical. Симуляция показала, что генеративный дизайн, оптимизированный для циклических нагрузок при нормальной ходьбе, не предусматривал сценарий случайной нагрузки, такой как спотыкание или боковой удар. Программное обеспечение генеративного дизайна в Materialise Magics отдало приоритет снижению веса над устойчивостью к непредвиденным пиковым нагрузкам.
Как не допустить, чтобы дизайн убивал долговечность ⚙️
Этот случай подчеркивает критический урок для ниши 3D-протезов: персонализация должна адаптироваться не только к анатомии, но и к биомеханическим рискам пациента. Необходимо включать в симуляцию ударные нагрузки, эквивалентные падению или резкому движению. Кроме того, контроль качества после печати с помощью микро-КТ должен быть обязательным, с установлением максимальных порогов пористости. Такие инструменты, как KeyShot, могут использоваться для создания визуальных отчетов об анализе отказа для хирурга, облегчая принятие решений по редизайну имплантата.
Можно ли с помощью симуляции методом конечных элементов предсказать критическую пористость при проектировании 3D-титанового тазобедренного протеза, чтобы избежать усталостных переломов после двух лет использования?
(P.S.: 3D-протезы настолько индивидуальны, что у них есть даже отпечатки пальцев.)