Экспериментальное исследование изгибной жесткости цементированных и нецементированных решетчатых метаматериалов

Аддитивные технологии дают возможность создавать медицинские изделия с неоднородной структурой. Структуры таких изделий, именуемые метаматериалами, позволяют не только уменьшить вес изделия, но и контролировать физико-механические свойства путем варьирования геометрии их микроархитектуры. Управление физико-механическими свойствами конструкций из метаматериалов может обеспечить снижение процента осложнений после операции, связанных с имплантацией. Данное исследование посвящено определению жесткостных и прочностных свойств различных типов решетчатых метаматериалов, используемых в дальнейшем для построения численной модели и проектирования эндопротезов, а также исследования элюции антибиотика из костного цемента. Проведено экспериментальное исследование цементированных и нецементированных решетчатых метаматериалов трех типов с двумя вариантами поворота сечения. Варианты углов сечения образцов определялись исходя из результатов численных экспериментов. Исследуемые образцы изготавливались методом лазерной стереолитографии на фотополимерном принтере с последующей постполимеризацией. Жесткостные свойства определялись путем натурных испытаний на четырехточечный изгиб. В результате были получены значения жесткости и максимальной нагрузки. Полученные значения нормировались на аналогичные значения контрольных образцов. Образцы с внедренным цементом были минимум на 28 % жестче, чем образцы без цемента. При сравнении численных и натурных экспериментов была выявлена качественная сходимость результатов для образцов первого и третьего типа при изменении поворота сечения. Но при этом максимальная нагрузка, возникающая при натурных экспериментах наиболее прочного образца, согласно численной модели, оказалась мало отличимой от значений максимальной нагрузки других типов образцов. Авторы связывают данный результат с зависимостью изменениями физико-механических свойств от геометрии и времени полимеризации.