研究人员受人体骨骼“梁”启发开发了抗疲劳的3D打印轻质材料( 二 ) 江苏激光联盟导读：人类骨骼

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▲图3.使用增材制造生成的松质骨模型表明，疲劳寿命对微结构的微小变化很敏感。 (A)人类椎骨松质骨的数字图像被编辑并打印成(B)高分辨率3D模型。
为了确定研究人员的发现是否可推广到其他细胞实体和其他变形机制（弯曲与拉伸），他们创建了八位组桁架的打印模型以及修改为具有板状和杆状元素的八位组桁架模拟松质骨的微观结构和各向异性（图4A）。松质骨微观结构显示弯曲主导行为，八位字节桁架显示拉伸主导变形行为，类骨微结构显示拉伸和弯曲变形行为的组合。在类骨微结构中，横向支柱厚度的增加导致疲劳寿命增加了8倍（图4B），密度（+4%）或纵向刚度（+20%）只有很小的变化）。在八角形桁架中，横向支柱厚度的增加导致疲劳寿命增加了5倍（图4B），而密度（+10%）或纵向刚度（+14%）只有很小的变化（图4B）。

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▲图4.横向体积影响重复多孔固体的疲劳寿命。 (A)显示了受骨骼启发的微结构和八位组桁架的图像。（比例尺：5毫米。）（B）显示了按设计打印或带有加厚（彩色）棒状支柱的微结构材料的疲劳寿命。加厚横向支柱会增加疲劳寿命，而加厚垂直方向的支柱会降低疲劳寿命（还显示了比刚度， E0/ρ）。
改性松质骨微结构的增材制造
在机械加载之前收集的松质骨样本的微计算机断层扫描图像通过向表面添加材料进行数字化修改。高分辨率立体光刻系统（M1；碳）用于从氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯聚合物树脂（UMA90；碳；E=2GPa）以1.5倍各向同性放大倍数（12-mm直径， ~30-mm长度）。使用显微计算机断层扫描图像确认了打印几何形状的准确性。通过增材制造生成的模型接受从0到标准化初始压缩应力σ/E0的循环疲劳载荷，对应于9,500、6,500或4,500με ，直至失效（施加4%的应变）。该实验总共使用了45个松质骨微结构模型（5个不同的微结构×3个不同的杆厚度×3个不同的归一化应力大小）。聚合物样品中的损坏使用不透射线的染料渗透剂进行鉴定。

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▲图5.研究人员设计了一种具有与人体小梁相同数量的棒状和板状结构的材料，并将它们以周期性模式排列，从而提供了一种增强轻质3D打印结构的新方法。图片来源：普渡大学照片PabloZavattieri