Ich frage mich, wie ich das Problem des Knochenersatzes auf Kohlefaserbasis angehen soll. Welche Nachteile hätte Kohlefaser unter Berücksichtigung eines Femurs bei den Arten von Torsion, Kompression, Verschleiß usw., die ein biologischer Femur erfährt?
Es wäre großartig, wenn Sie Methoden in Betracht ziehen würden, um etwaigen Nachteilen entgegenzuwirken. Die Frage geht davon aus, dass die Produktion kein Thema ist, das Design jedoch.
Künstliche menschliche Knochen .
Also lasst uns „s Schauen Sie sich die Fakten an. Die Knochen in Ihrem Körper bestehen aus Material mit einer Zugfestigkeit von 150 MPa, einer Bruchdehnung von 2% und einer Bruchzähigkeit von 4 MPa (m) ½. Für ein Strukturmaterial, das nicht gut ist. Wir können legierte Stähle herstellen, die in allen drei Eigenschaften zehnmal besser sind. Aber es gibt natürlich noch einige andere Faktoren, die wir berücksichtigen müssen, um einen gültigen Vergleich anstellen zu können. Knochen ist weniger dicht als Metalle und dies ist wichtig, da das Gewicht unserer Knochen die Energie, die für die Bewegung benötigt wird, stark beeinflusst. Um eine quantitative Analyse durchzuführen, müssen wir die Geometrie und die Belastung der Struktur berücksichtigen. Die Hauptknochen sind meist röhrenförmig, durch Kompression und Biegung belastet. Ein rationaler Vergleich besteht also darin, sich Rohre aus verschiedenen Materialien vorzustellen, die alle die gleiche Länge und den gleichen Durchmesser haben und deren Dicke so angepasst ist, dass sie alle das gleiche Gewicht haben. Wenn wir einige typische Abmessungen und Materialeigenschaften eingeben, stellen wir fest, dass die Spannungen in einem Knochen aus einer Titanlegierung beispielsweise etwa 1,3-mal höher wären als in einem Knochen mit dem gleichen Gewicht aus Knochen. Die Titanlegierung ist jedoch fünfmal stärker, so dass ihr Sicherheitsfaktor offensichtlich viel höher ist.
Kommentare
- allo Garet, ich würde abstimmen, weil es keine spezifische physikalische Frage gibt, oder ironischerweise könnten einige argumentieren, dass es viel zu viele für diese Fragen und Antworten gibt. Entschuldigung
- np, Könnten Sie vielleicht eine vorschlagen? Spielraum, um das Spektrum der Fragen zu reduzieren? Ich habe versucht, dies zu tun, indem ich die Dinge auf die Form und den Anwendungsbereich eines Femurs eingegrenzt habe. Meistens Torsion und Kompression – Dinge wie chemische Effekte des Bioms wurden nicht erwartet.
Antwort
Eine einfache Frage, um ein so breites Spektrum von Fragen zu behandeln.
Es wird angenommen, dass biokompatible / flexible Harzsysteme verwendet werden. Da die CFK-Festigkeit beim Komprimieren / Biegen mehr als die natürliche Knochenspannung ist, wäre sie in ihrer Funktion viel besser, wenn sie separat betrachtet wird.
Diese Ruhe ist schwer zu befriedigen Die Funktion der Natur entwickelte sich nach so vielen tausend Jahren Evolution, wenn künstlich „Reverse-Engineering“ versucht wurde. 2) Es sollte genau bekannt sein, dass lokale Steifigkeitsschwankungen bei der Faserplatzierung dupliziert werden.
Das Diagramm des Knochens Struktur & Orientierung zeigt die Anordnung von (hohlem Sandwich-) Knochenmaterial. Knochenfilamente verlaufen entlang $ \ pm 45 ^ 0 $ in der Mitte des Femurschafts sowie im oberen Halsbereich. Die Kraft tritt an beiden Enden im Trabekel- und Kondylusbereich normal ein. Die resultierende Grenzflächenkraft sollte normal zur übertragenen Kraft sein, um keine Risse / Delaminierung durch Schwäche von zu induzieren interlaminare Spannungen und Kantenspannungseffekte in laminierten Konstruktionen.
Wie würden die Profis Dieses Element gemacht werden? .. das ist die wichtigere Frage. Der Teufel steckt im Detail … oder so sieht man Design mit Verbundwerkstoffen. Ein Über- / Unterdesign ist nicht zulässig. Material sollte nicht dort sein, wo es ohne funktionale Anforderung nicht benötigt wird. Das Material sollte in der richtigen Menge und in der richtigen Richtung platziert werden.
Als eine Möglichkeit sollte ein Kohlenstoffgewebe mit mehr Schichten an den Enden gerollt und in einen Metallformhohlraum eingeführt und heißes Harz ausgehärtet werden. Eine Design- / FEM-Analyse ist erforderlich, nachdem FMECA berücksichtigt wurden, die medizinisch bekannt sind. Die Belastungen und ihre Kombination am Hals des Kugelgelenks / Beckengelenks sollten bekannt sein. Die an der Kniescheibe erforderliche Torsionsfestigkeit erfordert möglicherweise silikonreiche Taschen zur Stoßdämpfung in der Nähe der beiden Gelenke.
Nachteile mit Kohlenstoff / Graphit-Faserverbundwerkstoffen hängen von der Übereinstimmung des Steifigkeitsgrades bei der mehrachsigen Spannungsverteilung ab.
Möglicherweise bietet der 3D-Druck von Keramik einen besseren Spannungsleitungspfad als die Verwendung von Spritzguss oder Stoffformung aus Kohlenstoff / Graphit für die Flexibilität der Steifigkeit und die Kontrolle der Kornrichtung.
Kommentare
- danke für die ausführliche Antwort! Ich lasse Fragen für ein paar Tage für ein gutes Maß, markiert als richtig. Als Referenz bin ich ' fasziniert, dass Sie einen Start in die Herstellungsmethode angeboten haben – danke.Ich ' stelle fest, dass einige Artikel, wenn Sie mehrachsige Spannungen erwähnen, die Einführung von Venen mit hoher Verunreinigung und kleiner Korngröße vorschlagen. Vielleicht tauchen Sie einige der Tücher in eine zusätzliche Lösung.
- [Chunni] [2] Ich habe mich immer gefragt, ob die Stoffkombination mehrfach verdrillt ist. : google.co.in/… :