點陣結構可以增加植入物的表面面積，促進成骨細胞遷移到植入物中，並且能夠優化多孔體的機械特性以滿足所需的負載條件。但是傳統的生產工藝無法制造具有複雜點陣結構的脊柱植入物。而金屬3D打印-增材製造工藝適合製造這種有助於優化骨整合的點陣結構。3D科學谷在一篇雷尼紹的關於《如何在3D打印軟、硬件有效協作下開發脊柱植入物》一文中詳細描述軟硬件結合開發出滿足美國食品及藥物管理局(FDA) 規定的脊柱植入物。

本期，3D科學谷與谷友來進一步詳細領略nTop平臺軟件如何使工程師能夠設計複雜的點陣結構，控制表面粗糙度，創建患者特定的植入物。

ALIF脊柱融合植入物，脛骨託和髖臼杯。來源：nTopology

複雜設計無縫數據

在設計用於人體的植入物產品時，工程師需要先進的軟件功能來處理極其複雜的幾何形狀，包括點陣結構創建，拓撲優化和表面質量控制等，不僅需要快速，高度準確和可靠的設計軟件，還需要製造流程管理軟件來提供質量與製造跟蹤，驗證和批准所需要的數據支持。

獲得提供質量與製造跟蹤，驗證和批准所需要的數據支持對於人體植入物的加工是重要且關鍵的。這些數據可以與測試結果進行相關性分析，從而進一步提升設計優化能力。拿先前的IMR公司的案例來說，IMR公司通過一系列測試證明了該植入物滿足美國食品及藥物管理局 (FDA) 規定的標準規格中的所有關鍵要求。首先測試了植入物的化學特性，確保其符合《ASTM F136外科植入物用等級23鍛造鈦合金的標準規格》以及《ASTM F3302通過粉末牀熔融增材製造鈦合金的標準規格》。然後根據ISO 13314測試了多孔結構的機械特性 — ISO 13314是一種測試方法，用於確定多孔金屬材料的壓縮性能和失效模式。最後通過ASTM 1104和ASTM 1147標準測試方法證明多孔結構不會從植入物本體上剝離。

nTopology的nTop平臺軟件特別爲了解決增材製造（AM）的挑戰而開發。工程師一直在尋找新的和更好的設計方法來創建骨整合表面，而nTop平臺軟件先進製造的新功能正在使得滿足這些需求變得輕鬆可行。

點陣結構的創建是nTop平臺軟件另一個優先功能，特別是非常好地滿足增材製造的要求。nTop平臺強大的建模環境極大地促進了複雜產品的設計與增材製造的結合，並可以通過醫療行業優先考慮的完整可追溯性進行優化。

根據3D科學谷的市場觀察，nTop平臺是一個用於創建和編輯CAD模型，設計分析和製造輸出控制的統一平臺。

這一點通過IMR公司的案例可以獲得更深入的瞭解。IMR公司通過廣泛研究確定了特定病例最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動時，植入物必須承受的負載條件。此外還採集了需要接受脊柱植入物的患者的已知骨質特性。之後，IMR公司聯手雷尼紹及nTopology設計了植入物的機械特性，也就是點陣結構中各個胞元的幾何特徵的函數，以儘可能接近人體骨骼的機械特性，優化多孔點陣結構，從而改善骨整合。

植入物的設計參數確定之後，IMR公司使用nTop Platform軟件生成了設計文件。然後，nTopology公司與雷尼紹緊密合作，實現軟件與硬件互相兼容，從而將設計文件從nTop Platform上無縫傳輸到RenAM 500M上。要順利完成從設計到製造的完整增材製造流程，硬件和設計軟件必須有效協作。在製造脊柱植入物時，將設計文件從軟件上簡便地傳輸到增材製造機器上尤爲重要，因爲任何多餘的中間環節和格式轉換均有可能導致出現錯誤和誤差。

由於其在高級數學方面的基礎，在處理複雜的建模情況下，nTop平臺在數據傳輸或迭代過程中不容易出現錯誤或模型破壞。滿足了產品設計人員的迫切需求，需要快速，創新的設計迭代和優化，以及將設計數據準確地傳輸到用於製造此類產品的3D打印設備上。

nTop平臺是開放性的，可以與其他軟件工具連接。可以與其他計算機輔助設計（CAD），有限元分析（FEA），計算流體動力學（CFD）及其他軟件工具直接集成，並實現極快的處理速度。

nTop平臺還可以從其他軟件中獲取設計或數據，並將其用於設計改進或迭代。用戶可以輕鬆地將他們現有的設計或數據導入nTop平臺，可以非常快速地執行多物理場分析，並評估性能，穩健性和使用壽命等特性，進一步實現設計優化。

具有改善骨整合的性能優勢的帶複雜表面結構的增材製造的股骨柄植入物。

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