《表2 样品设计及实际孔隙率》

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《钛合金植入物梯度孔结构设计及其力学性能》

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通过MTS810陶瓷试验系统对3D打印后的样件进行动态力学测试试验，如图8所示。根据多孔陶瓷压缩试验方法（GB/T1964-1996）进行压缩测试试验。设置仪器的压缩加载速率为0.5 mm/min。样件分为梯度组与规则组，尺寸大小为Φ20 mm×20 mm，每组3个样件。为便于对比，设计的两组模型孔隙率近似相等，约为75%，其设计孔隙率与实际孔隙率如表2所示，误差小于5%。对规则组与梯度组的测试数据进行处理，得到Stress（MPa）-Strain（%）和Load（N）-Extension（mm）曲线图，分别如图9和10所示。由分析测试结果可知，经SLM制备的多孔钛合金力学强度较致密钛试样低，其中，梯度组的平均弹性模量和平均抗压强度分别为10.9GPa和88.13 MPa，规则组的平均弹性模量和平均抗压强度分别为8.0 GPa和67.83 MPa。梯度孔样件的平均弹性模量较规则孔高36.25%，平均抗压强度提高29.9%。由于致密钛合金的刚度及最大抗压强度等力学参数均远远高于自然骨组织，这将极易导致应力屏蔽效应。天然骨组织的抗压强度在80～150 MPa之间。本研究中通过设计对比某一平面center梯度圆孔与规则圆孔结构，在保证同一孔隙率条件下（同等质量的材料），梯度孔结构比规则孔结构的抗压性能更好，同时梯度孔结构样件在孔隙率为75%左右时的平均弹性模量与自然骨组织相匹配，可有效避免植入物的应力屏蔽效应。