對于骨科植入物制造商來說，找到一種更快、更簡單的方法來生成和修改具有高設計量的點陣晶格設計軟件，以加快設計、3D打印過程的構建策略和確保3D打印過程的可靠性是成功的關鍵。今天與大家一起來深入了解意大利外科醫生在植入物制造商Lima如何使用西門子NX AM來減少設計迭代、減少錯誤并提高可靠性。

3D打印骨科植入物? Lima

3D打印-增材制造可以在不同材料分布的幫助下根據負載和其他要求調整局部密度。此外，借助定制的數字材料，可以優化組件的重量、成本和生產時間。增材制造(AM)作為一項突破性的生產技術，由于其幾何自由度和免模具生產，成為可以高效生產數字材料的工藝。

3D打印植入物? 3D科學谷白皮書

更好的植入物帶來更好的生命質量

基于目標函數，AM增材制造的多孔結構中的孔隙特征分布可以是均勻的或不均勻的。均勻支架具有特定形狀和孔隙率的晶胞，而非均勻（梯度）支架包括晶胞陣列，其中孔隙特征在設計空間中空間變化以在支架中實現一種或多種功能。

Lima用Trabecular Titanium技術制造了髖臼杯，當時，3D打印零件沒有國際準，而說服當局接受Lima所制造的產品充滿了挑戰，必須提供用于驗證、測試和質量保證的全套數據。最終，監管機構批準了——這引發了更大的挑戰。Lima獲得認證后，需求如此之高，立即缺貨。當時金屬增材制造的狀態未經證實，而3D打印的廢品率非常高，Lima不得不繼續訂購更多的3D打印-增材制造機器來完成訂單，而且驗證每臺機器都需要時間。

據了解，當前即使是對于沒有機會進行多年臨床試驗的個性化定制3D打印植入物，也能夠通過在植入物設計階段進行科學而嚴謹的生物力學評價與分析，對3D打印工藝和材料的嚴格監控以及后期的質量檢測等流程來保證植入物的安全性。

關鍵合作推動了創新的膝關節置換術

當Lima決定采用非骨水泥全膝關節置換術(TKA)時，這其中的挑戰將比髖臼杯面臨的挑戰更加困難。3D科學谷了解到髖關節置換手術比膝關節置換手術更簡單。髖關節是一個球窩關節，而膝關節是一個復雜的關節，可以進行更廣泛的運動。膝關節植入物包含三個組件：股骨部件連接到大腿下部骨，脛骨板連接到上部脛骨，聚乙烯插入物介于兩者之間。股骨部件是通過精密加工生產的實心金屬。

該團隊還評估了美國和意大利植入患者的骨密度。通過這兩項研究，HSS醫院 對接觸點配置進行了計算機應力分析，以得出一個設計，包括兩個多孔TT釘、一個帶有實心尖端的多孔前釘和板下方的多孔表面。這其中經歷了多次的設計迭代，包括掛釘數量、位置、形狀、深度等等。

這種高度迭代暴露了Lima的增材制造流程需要改進的領域。3D打印每個更改，都必須創建一個stl文件并將其放入不同的軟件包中。然后，如果有另一個變化，隨后對應的stl文件轉換就非常困難。使用點陣晶格結構的數字表示使設計更加復雜，嘗試從STL文件編輯點陣晶格結構會消耗大量計算資源，于是Lima需要一種更快、更簡單的方法來生成和修改具有高設計量的點陣晶格結構。此外，Lima所面臨的挑戰不僅限于處理復雜3D打印文件所帶來的時間延誤。例如，當在一個孤立的軟件工具中操作STL文件，該軟件工具帶來了“數字不連續性”。

解決點陣晶格設計的“數字不連續性”

Lima在2018年評估了NX AM，此后不久，Lima成為西門子NX AM beta測試的合作伙伴，通過NX AM減少了對STL文件的依賴，使用lattice進行點陣晶格設計變得更加容易，并在Lima的Teamcenter環境中無縫集成。

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使用NX AM為脛骨板的開發帶來了立竿見影的好處。設計人員不再需要為處理STL文件而苦惱，可以參數化編輯脛骨板的大部分特征，因為它們在數學上與幾何形狀相關聯。使用NX AM還簡化了Lima點陣晶格結構的設計任務。考慮到專有晶格結構的所有特性，定制設計晶胞，通過NX AM，Lima減少了設計小梁鈦結構的計算時間。而且因為幾乎是完全參數化的，設計修改會自動更新。在Lima的舊流程中，修改STL文件與工作流程脫節，因此增加了人為錯誤的風險，了解到通過單一數字流中的所有內容和一鍵式點陣設計，使得整個流程更加高效。

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