用于骨愈合的可打印可调刚度超材料优化设计

为解决现有骨杆在长骨骨折愈合中的常见缺陷，我们设计、优化并3D打印了一种可调刚度骨杆。现有骨固定物的常见不足是刚度过高，因而在变形上灵活性可忽略不计，无法获得最佳骨生长效果，并且存在应力屏蔽效应。我们的新颖设计框架为外科医生提供可直接3D打印的患者特异性设计，经优化具有期望的力-位移响应，并带有止动机制，以防止在高于通常载荷（如跌倒）下发生进一步变形。该框架基于多目标遗传算法（GA）优化的设计优化，以量化目标，调节变化刚度同时最小化模型的最大米塞斯应力，从而避免骨杆的塑性和永久变形。本文提出的可调刚度材料优化设计计算框架并不局限于胫骨骨杆，它可用于任何需要双线性刚度的应用。