Developing Trabecular Structure

Abstract

Additive manufacturing can produce a regular three-dimensional mesh of tiny interconnected wires that form a porous structure. It is reasonable to assume that the properties of single wires/struts, geometry of the mesh and the post-treatment method affect the performance of each unit-cell and the whole porous structure. Within this study, we have evaluated the effect of these variables on mechanical behavior of a regular porous structure in a series of experiments and numerical models. We have shown that the build orientation of individual elements of porous structure is significant for small diameters. Static and dynamic tests of rhombic dodecahedron structure showed excellent repeatability and they corresponds well to the results of analytical and FEA models. Original post-treatment methods of porous structure were developed and it was shown that these methods can predictively modify mechanical response of the whole structure. In addition to the knowledge of mechanical behavior, the presented research also verifies a set of methods for testing of metal porous structure used in orthopedic applications.

Pomocí metod aditivní výroby je možné vytvořit jemnou porézní strukturu podobnou kosti, která se skládá ze vzájemně propojených trámců. Můžeme předpokládat, že vlastnosti jednotlivých trámců, geometrie sítě nebo jejich technologická úprava ovlivní mechanické vlastnosti celé porézní struktury. Cílem předložené studie je systematicky studovat tyto jednotlivé vlivy v sérii experimentálních testů a s nimi propojených matematických modelů. V rámci naší studie jsmě dokázali, že směr stavby malých trámců v komoře výrazně ovlivňuje jejich mechanické vlastnosti. Pro celou rhombickou dodekahedronovou síť jsme ukázali výbornou opakovatelnosti výsledků a dobrou shodu s analytickými a MKP modely. V rámci práce byly studovány původní metody následného zpracování porézní struktury and bylo ověřeno, že pomocí těchto metod je možné dosáhnout predikovatelnou změnu mechanických vlastností. Kromě získání původních znalostií o mechanickém chování porézní struktury, poskytuje předložená práce také soubor metod k testování porézních kovových struktur využívaných k ortopedickým aplikacím.