[发明专利]基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法

权利要求书

1.基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，包括步骤：

CT扫描建立骨骼几何模型并选择微结构，将孔隙率、微结构孔径大小、微结构壁厚条件作为拓扑优化的约束条件；

以均匀化方法计算等效实体单元属性，并采用有限元以等效实体单元计算植入物力学性能；

以密度法拓扑优化技术获得植入物区域内的密度分布，将孔隙率、微结构孔径大小、微结构壁厚条件作为拓扑优化的约束条件；

以有限元节点单元位置信息为基础，构建变密度梯度多空骨科植入物的几何模型；

通过3D打印加工制造所述变密度多孔金属骨科植入物。

2.根据权利要求1所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于：CT扫描建立骨骼几何模型的步骤是根据病人骨骼CT扫描数据，通过医学影像处理软件Mimics对CT扫描数据进行处理，重建骨骼几何模型。

3.根据权利要求1所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于：所述孔隙率要求大于50%，所述微结构孔径尺寸为50~800μm，微结构壁厚大于100μm。

4.根据权利要求1所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，以均匀化方法计算等效实体单元属性的步骤具体包括：

利用均匀化方法获取周期点阵微结构实体在不同相对密度下的等效材料属性，并将等效材料属性拟合为相对密度的函数，所述的相对密度为微结构实体部分与整个微结构的体积比。

5.根据权利要求4所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，所述均匀化方法每隔0.1计算微结构实体部分相对密度0.1~1的等效实体属性，然后采用多项式插值将不同相对密度下的等效实体属性拟合为材料属性与相对密度的函数。

6.根据权利要求3所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，采用有限元以等效实体单元计算植入物力学性能的步骤具体包括：有限元计算时，直接通过材料属性-相对密度函数获取不同相对密度下的材料属性，并以等效实体单元计算植入件的力学性能。

7.根据权利要求3所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，以密度法拓扑优化技术获得植入物区域内的密度分布的步骤具体包括：采用基于单元密度的拓扑优化技术，将微结构胞体的相对密度与等效实体单元的单元密度一一对应进行计算，从而获取植入件区域的最优密度分布。

8.根据权利要求1所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于：构建变密度梯度多空骨科植入物的几何模型时，基于植入物的有限元单元离散模型建立所述变密度多孔骨科植入物的几何模型，以单元节点为单位，平均所有共享该节点的单元密度作为该节点密度，并基于节点密度构建变密度梯度多孔植入物STL格式几何模型。

9.根据权利要求8所述的基于拓扑优化技术的变密度多孔金属骨科植入物制备方法，其特征在于，3D打印时，采用3D打印软件直接对STL模型进行切片处理，实现本发明的3D打印加工制造。