點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以增加植入物的表面面積，促進(jìn)成骨細(xì)胞遷移到植入物中，并且能夠優(yōu)化多孔體的機(jī)械特性以滿足所需的負(fù)載條件。但是傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝無法制造具有復(fù)雜點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的脊柱植入物。而金屬3D打印-增材制造工藝適合制造這種有助于優(yōu)化骨整合的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。3D科學(xué)谷在一篇雷尼紹的關(guān)于《如何在3D打印軟、硬件有效協(xié)作下開發(fā)脊柱植入物》一文中詳細(xì)描述軟硬件結(jié)合開發(fā)出滿足美國食品及藥物管理局(FDA) 規(guī)定的脊柱植入物。

本期，3D科學(xué)谷與谷友來進(jìn)一步詳細(xì)領(lǐng)略nTop平臺(tái)軟件如何使工程師能夠設(shè)計(jì)復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，控制表面粗糙度，創(chuàng)建患者特定的植入物。

ALIF脊柱融合植入物，脛骨托和髖臼杯。來源：nTopology

 復(fù)雜設(shè)計(jì)無縫數(shù)據(jù)

在設(shè)計(jì)用于人體的植入物產(chǎn)品時(shí)，工程師需要先進(jìn)的軟件功能來處理極其復(fù)雜的幾何形狀，包括點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)創(chuàng)建，拓?fù)鋬?yōu)化和表面質(zhì)量控制等，不僅需要快速，高度準(zhǔn)確和可靠的設(shè)計(jì)軟件，還需要制造流程管理軟件來提供質(zhì)量與制造跟蹤，驗(yàn)證和批準(zhǔn)所需要的數(shù)據(jù)支持。

獲得提供質(zhì)量與制造跟蹤，驗(yàn)證和批準(zhǔn)所需要的數(shù)據(jù)支持對(duì)于人體植入物的加工是重要且關(guān)鍵的。這些數(shù)據(jù)可以與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，從而進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)優(yōu)化能力。拿先前的IMR公司的案例來說，IMR公司通過一系列測(cè)試證明了該植入物滿足美國食品及藥物管理局 (FDA) 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格中的所有關(guān)鍵要求。首先測(cè)試了植入物的化學(xué)特性，確保其符合《ASTM F136外科植入物用等級(jí)23鍛造鈦合金的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格》以及《ASTM F3302通過粉末床熔融增材制造鈦合金的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格》。然后根據(jù)ISO 13314測(cè)試了多孔結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性 — ISO 13314是一種測(cè)試方法，用于確定多孔金屬材料的壓縮性能和失效模式。***后通過ASTM 1104和ASTM 1147標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法證明多孔結(jié)構(gòu)不會(huì)從植入物本體上剝離。

nTopology的nTop平臺(tái)軟件特別為了解決增材制造（AM）的挑戰(zhàn)而開發(fā)。工程師一直在尋找新的和更好的設(shè)計(jì)方法來創(chuàng)建骨整合表面，而nTop平臺(tái)軟件先進(jìn)制造的新功能正在使得滿足這些需求變得輕松可行。

點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建是nTop平臺(tái)軟件另一個(gè)優(yōu)先功能，特別是非常好地滿足增材制造的要求。nTop平臺(tái)強(qiáng)大的建模環(huán)境極大地促進(jìn)了復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與增材制造的結(jié)合，并可以通過醫(yī)療行業(yè)優(yōu)先考慮的完整可追溯性進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，nTop平臺(tái)是一個(gè)用于創(chuàng)建和編輯CAD模型，設(shè)計(jì)分析和制造輸出控制的統(tǒng)一平臺(tái)。

這一點(diǎn)通過IMR公司的案例可以獲得更深入的了解。IMR公司通過廣泛研究確定了特定病例***適合的植入物尺寸以及在日常生活中，甚至奔跑或跳躍等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，植入物必須承受的負(fù)載條件。此外還采集了需要接受脊柱植入物的患者的已知骨質(zhì)特性。之后，IMR公司聯(lián)手雷尼紹及nTopology設(shè)計(jì)了植入物的機(jī)械特性，也就是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中各個(gè)胞元的幾何特征的函數(shù)，以盡可能接近人體骨骼的機(jī)械特性，優(yōu)化多孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，從而改善骨整合。

植入物的設(shè)計(jì)參數(shù)確定之后，IMR公司使用nTop Platform軟件生成了設(shè)計(jì)文件。然后，nTopology公司與雷尼紹緊密合作，實(shí)現(xiàn)軟件與硬件互相兼容，從而將設(shè)計(jì)文件從nTop Platform上無縫傳輸?shù)絉enAM 500M上。要順利完成從設(shè)計(jì)到制造的完整增材制造流程，硬件和設(shè)計(jì)軟件必須有效協(xié)作。在制造脊柱植入物時(shí)，將設(shè)計(jì)文件從軟件上簡便地傳輸?shù)皆霾闹圃鞕C(jī)器上尤為重要，因?yàn)槿魏味嘤嗟闹虚g環(huán)節(jié)和格式轉(zhuǎn)換均有可能導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤和誤差。

由于其在高級(jí)數(shù)學(xué)方面的基礎(chǔ)，在處理復(fù)雜的建模情況下，nTop平臺(tái)在數(shù)據(jù)傳輸或迭代過程中不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或模型破壞。滿足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的迫切需求，需要快速，創(chuàng)新的設(shè)計(jì)迭代和優(yōu)化，以及將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地傳輸?shù)接糜谥圃齑祟惍a(chǎn)品的3D打印設(shè)備上。

nTop平臺(tái)是開放性的，可以與其他軟件工具連接。可以與其他計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），有限元分析（FEA），計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）及其他軟件工具直接集成，并實(shí)現(xiàn)極快的處理速度。

nTop平臺(tái)還可以從其他軟件中獲取設(shè)計(jì)或數(shù)據(jù)，并將其用于設(shè)計(jì)改進(jìn)或迭代。用戶可以輕松地將他們現(xiàn)有的設(shè)計(jì)或數(shù)據(jù)導(dǎo)入nTop平臺(tái)，可以非常快速地執(zhí)行多物理場(chǎng)分析，并評(píng)估性能，穩(wěn)健性和使用壽命等特性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

具有改善骨整合的性能優(yōu)勢(shì)的帶復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)的增材制造的股骨柄植入物。
來源：TU Delft

用于3D打印的股骨柄植入物，nTopology平臺(tái)提供設(shè)計(jì)選項(xiàng)，允許設(shè)計(jì)的快速迭代，在促進(jìn)骨整合的有序或隨機(jī)結(jié)構(gòu)之間快速迭代。
來源：nTopology

nTop平臺(tái)還支持通過工業(yè)4.0計(jì)劃以提高數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制造效率的努力。平臺(tái)的工作流程軟件功能可實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化，消除低價(jià)值的手工工作，這些特點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳輸。