Topological design and biomechanical evaluation for 3D printed multi-segment artificial vertebral implants

Kang, Jianfeng; Dong, Enchun; Li, Xiangdong; Guo, Zheng; Shi, Lei; Li, Dichen

doi:10.1016/j.msec.2021.112250

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“…Kang et al benutzt eine Finite-Elemente-Simulation um die biomechanischen Eigenschaften eines Implantates eines Patienten mit Wirbelkörper-ThVI-ThVII-Resektion präoperativ zu simulieren und das Design auf patientenspezifischen Parameter zu optimieren 12 .…”

Section: Anwendungsbereicheunclassified

“…Das Modell kann per Finite-Elemente-Analyse entsprechend den erwartbaren Kräften designt und gedruckt werden. Variation ist in der generellen [11] wie auch Mikro-/Füllstruktur [12] möglich, was einen optimalen Materialeinsatz und somit ein kleinstmögliches Volumen und Gewicht ermöglicht. Wachstums von Biofilmen in den ersten 24 h bei weiterhin bestehender Zellkompatibilität nach [4].…”

Section: Druckverfahren Und -Materialienunclassified

“…Auch durch das Design der 3-D-Struktur des Implantats kann ein großer Einfluss auf die biomechanischen Eigenschaften genommen werden: Yan et al zeigen in ihrer Arbeit, dass durch das Ausfüllen von nicht verwendeten Schraubenlöchern einer LCP-Platte oder die Variation ihrer Breite Einfluss auf die Heilung von Schaftfrakturen genommen werden kann 10 . Kang et al zeigen anhand eines Wirbelkörperimplantats, dass durch topologische Optimierung des Cages, der mit einem Titan-Mesh gefüllt ist, die Eigenschaften der ursprünglichen Patientenphysiologie nachempfunden werden können 12 . Auch bei abbaubaren Materialien kann hierauf Einfluss genommen werden: Kawai et al zeigen, dass durch Variation der Fülldichte eines proximalen Femurnagels im Rattenmodell die Kompressionsstärke- und Elastizität beeinflussbar sind 13 .…”

Section: Eigenschaften Von 3-d-gedruckten Implantatenunclassified

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Anforderungen für den 3-D-Druck von Implantaten

Andreß¹,

Kuehlein²,

Kußmaul³

et al. 2022

OP-JOURNAL

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Zusammenfassung3-D-Druck wird in der Unfallchirurgie und Orthopädie zunehmend für die Herstellung patientenspezifischer Implantate verwendet. Ziel dieses strukturierten Reviews ist es, aktuelle Merkmale und Fähigkeiten zu ermitteln und hieraus Anforderungen an das Implantatdesign und den -druck abzuleiten. Hierzu wurden 98 Veröffentlichungen der letzten 5 Jahre analysiert.Neben Kunststoffen und Metallen können auch biologisches Material und Medikamentensuspensionen zum Druck verwendet werden. Der 3-D-Druck bietet den Vorteil, dass die Implantate individuell an die Anatomie und Pathologie des Patienten angepasst werden können, also auch bewusst Einfluss auf biomechanischen und -mimetischen Eigenschaften genommen werden kann. Beispielsweise kann die Oberfläche der Implantate gezielt so optimiert werden, dass eine Osteoinduktivität bewirkt wird. Angewandt wird das Verfahren zum Gelenk- und Knochenersatz sowie für Knorpel- und Weichteilrekonstruktionen.Somit ergeben sich diverse Anforderungen an das Design und die Herstellung. Da es sich um ein sehr zeit- und kostenintensives Verfahren handelt, sollte eine klare Überlegenheit zu herkömmlichen Behandlungsmethoden bestehen. Aufgrund der Komplexität des Prozesses ist eine Qualitätssicherung unabdingbar, um die Sicherheit des Patienten zu gewährleisten.Bei komplexen oder von der Norm abweichenden Fällen wird der 3-D-Druck sich zunehmend durchsetzen. Um Qualität zu gewährleisten und effiziente Prozesse zu etablieren, ist eine engere Verzahnung zwischen Behandlern und Herstellern unabdingbar.

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Section: Anwendungsbereicheunclassified

Section: Druckverfahren Und -Materialienunclassified

Section: Eigenschaften Von 3-d-gedruckten Implantatenunclassified

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Anforderungen für den 3-D-Druck von Implantaten

Andreß¹,

Kuehlein²,

Kußmaul³

et al. 2022

OP-JOURNAL

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“…Three main parts in optimization are topology optimization, size optimization, and shape optimization (Pilagatti et al, 2021). The combination of topology optimization and additive manufacturing provides more creative space for the design and manufacture of various components (Kang et al, 2021).The development of the optimization topology was initially shown for 2D problems, then gradually it can be used for 3D integrated with CAD (Cuillière et al, 2018) Compared to conventional manufacturing, process topology optimization gives users the freedom to produce very complex geometries and material compositions (Wang et al, 2021). The optimization topology shows the effectiveness of the proposed optimization algorithm to get a structure with maximum damping or stiffness (Huang et al, 2015).…”

Section: Topology Optimizationmentioning

confidence: 99%

Optimization of the Underframe of the Sultan Wind Turbine V5 Using the Optimization Topology Method

Ghifari¹,

Erwin²,

Wiyono³

2022

JIIT

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Sultan wind turbine is one of the products of the New Renewable Energy Engineering Lab, Faculty of Engineering Untirta which has developed from year to year until now. To keep up with industrial developments in today's era, renewal is needed to improve and update the technology contained in the sultan wind turbine. In particular, today's optimization topologies are seen as providing the possibility to realize truly manufacturing-optimized designs through topology optimization. A topological optimization is an approach that is considered powerful in design because it contributes to designs that can save energy, materials ,and time that cannot be achieved economically using other manufacturing processes. A topological optimization, as it is often called, computer configuration of the best material over 3D space, usually represented as a grid, to satisfy or optimize physical parameters. Designers using these automated systems often seek to understand the interaction of physical constraints with the final design and their implications for other physical characteristics. Such understanding is a challenge to using a visualization approach to explore the design solution space. The essence of our new approach is to summarize an ensemble of solutions by automatically selecting a set of examples and parameterizing a design space.

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“…The attempts to develop artificial bones mainly focus on the mechanical properties and biocompatibility of such materials. 1,2 Nevertheless, bone also provides other functions such as nutrition through its microscopical channels. Osteons in cortical bone contain Haversian canals from which the nutrients are transferred through the network of bone canaliculi to lacunae, small cavities between the compact bone matrix hosting the osteocyte cells.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%