شبيه سازي رفتار مكانيكي و ساخت داربست هاي متخلخل منظم از جنس PLA

Simulation of Mechanical Behavior and Construction of Regular PLA Scaffolds

در اين پژوهش خواص مكانيكي، يكي از پركاربردترين بيومواد پليمري قابل جذب در بدن به نام پلي لاكتيك اسيد (PLA) در حالت متخلخل شده مورد ارزيابي قرار گرفت. ابتدا ساختارهاي منظم برگرفته از مدل تتراكايدكاهدرون كه مدل كلوين ناميده مي شود طراحي شدند و سپس با استفاده از پرينتر سه بعدي با تكنيك FDM ساخته شدند. پس از آن به منظور تعيين خواص مكانيكي و نحوه شكست، از آزمون فشار استفاده شد. در نهايت، نتايج تجربي با نتايج آناليز نرم افزار شبيه سازي مقايسه شد. نتايج نشان داد افزايش درصد تخلخل منجر به كاهش استحكام و همچنين افزايش اندازه سلول ها در يك تخلخل ثابت منجر به افزايش استحكام فشاري مي شود. همچنين با كاهش درصد تخلخل مقدار كرنش تا مرحله شكست در يك تنش نسبتا ثابت، افزايش مي يابد. نحوه شكست نمونه هاي با درصد تخلخل بالا به صورت ترد و با زاويه 45درجه بود. اين در حالي بود كه نمونه هاي با درصد تخلخل كمتر، رفتار نسبتا داكتيل داشتند و همراه با افزايش فشار، سلول ها روي يكديگر جمع شده و تغيير فرم بالاتري تا نقطه شكست داشتند. همچنين مقايسه نتايج تجربي و شبيه سازي نشان دادند كه همخواني مناسبي بين نتايج وجود دارد و مدل پيش بيني نرم افزار از صحت بالايي براي اين مدل فومي برخوردار است.

In this study, the mechanical properties of one of the most widely used polymeric biomaterials in the body called Poly Lactic Acid (PLA) in the porous state were evaluated. Firstly, the initial regular porous structures, based on the tetrahedron-catheter model known as Kelvin model, were designed for simulating bone tissue, using 3D design software with FDM technique. Afterwards, pressure test was used to determine the mechanical properties and mode of failure. Finally, experimental results were compared with the simulation software analysis results. The results showed that increasing the porosity reduces the strength and the increasing the cell size in a constant porosity results in increased compressive strength. Also, by decreasing the porosity, the amount of the strain up to fracture increases in a relatively constant stress. The brittle failure at 45° in the samples of high porosity was shown. However, the samples with a lower porosity had a relative ductile behavior and as the pressure rises, the cells accumulate on each other and change the form to the fracture point. Comparing the empirical and the simulation results showed that there is a good agreement between them and the simulation model has a high reliability for the porous model.