Gyroidní struktura jako základní konstrukční prvek implantátů a její rozmanitost

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21110%2F21%3A00352075" target="_blank" >RIV/68407700:21110/21:00352075 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Gyroidní struktura jako základní konstrukční prvek implantátů a její rozmanitost

Popis výsledku v původním jazyce

Optimální porézní povrchová struktura je základ každého implantátu. S nástupem aditivních technologií se otevřely brány nejrůznějším variantám struktur od trámčitých až po stěnové. Zatímco u silnějších porézních vrstev (u velkých implantátů) není problém s využitím trabekulárních struktur, tak u malých implantátů je nutné počítat s malými průměry trámců a je snadné se dostat až na hranici přesnosti stroje – což přináší rizika. Alternativu je možné hledat u struktury zvané gyroid. Gyroidní struktura tvořená rovnicí (1) umožňuje velkou variabilitu finálního tvaru a celkového chování. ????(????, ????, ????) = ???? = sin ????* cos ???? + sin ???? * cos ????+ sin ????* cos ????, kde ????, ???? a ???? jsou modifikované prostorové souřadnice a parametr t udává okrajovou křivost celé struktury a tím ovlivňuje její charakter. Na obrázku 1 jsou zobrazeny varianty gyroidu s proměnnou velikostí parametru ????. Z tohoto porovnání je možné vyvozovat, že při přibližném stanovení parametru ???? v rozsahu ???? element <0, 6; 1, 2) a ???? element (-1, 2; -0, 6> vznikne struktura navozující efekt trabekulární struktury. Naopak pokud bude parametr ???? udržován v hodnotách ???? element (-0, 6; 0, 6) vznikne struktura stěnová. Gyroidní struktura je definována pro parametr ???? v rozsahu -1, 5 < ???? < 1, 5. Pokud se bude s parametrem ???? pohybovat v rozmezí 1, 2 < |????| < 1, 5 bude struktura definovaná, ale mohou se objevovat poruchy spojitosti a hladkosti funkce. Velká variabilita struktury vycházející z jednoho předpisu dává vzniknout otázce, jak se bude tato struktura chovat, když jednou bude trabekulární a jednou stěnová? Na tuto otázku je možné odpovědět experimentálním ověření. V prostředí Autodesk NetFabb a následně na 3D SLS tiskárně Sinterit Lisa Pro byly vytvořeny testovací tělesa o rozměrech porézní struktury 25,12x25,12x25,12mm a doplněna 2 mm vysokou roznášecí horní a dolní podstavou (Obr. 2).

Název v anglickém jazyce

Gyroid structure as a basic structural member of implants and its diversity

Popis výsledku anglicky

Optimal porous surface structures are the basis of every implant. With the advent of additive technologies, we can now create various structures ranging from trabeculae to wall systems. While using a trabecular structure in thicker porous layers of larger implants is not a problem, it can be an issue in small implants due to small diameters of trabeculae which can sometimes reach the precision range of the machine, which brings many risks. A viable alternative is the gyroid structure. The gyroid structure, described by the following equation, enables for a wide variability of the final shape and mechanical response: ????(????, ????, ????) = ???? = sin ????* cos ???? + sin ???? * cos ????+ sin ????* cos ????, where ????, ???? a ???? are modified spatial coordinates and parameter t describes the boundary curvature of the whole structure and influences its character. Fig. 1 shows variants of the gyroid with changing values of ????. This comparison shows that when t is in range of ???? element <0, 6; 1, 2) and ???? element (-1, 2; -0, 6>, a tubular gyroid structure forms. On the other hand, if ???? element (-0, 6; 0, 6), a sheet variant of the gyroid structure is created. The gyroid structure is defined for -1.5 < ???? < 1.5. If parameter ???? approaches the range of 1.2 < |????| < 1.5, the structure is defined, but discontinuities and smoothness errors might occur. The good variability of the structure that stems from one equation gives rise to a question - How will the structure behave in its tubular and sheet variants? This question can be answered by experiment. In the environment of Autodesk NetFabb and subsequently on a 3D SLS Sinterit Lisa Pro printer, we created test specimens with dimensions of the porous sections of 25.12x25.12x25.12 mm and added a 2 mm long homogeneous load-distributing base on the top and bottom (Fig. 2).

Druh

O - Ostatní výsledky

CEP obor

—

OECD FORD obor

30404 - Biomaterials (as related to medical implants, devices, sensors)

Projekt

—

Návaznosti

S - Specificky vyzkum na vysokych skolach

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů