Editorial Teknik & Rekayasa
Open AccessOA2022
Kinerja mekanik perancah tulang meta-biomaterial auksetik kobalt-kromium-molibdenum hasil manufaktur aditif
Penelitian ini mengembangkan dan mengarakterisasi lima perancah meta-biomaterial auksetik CoCrMo hasil manufaktur aditif, yang mencapai rasio Poisson negatif dari -0,1 hingga -0,24 pada porositas 73-82%. Arsitektur paling auksetik (AX1) juga menunjukkan modulus elastisitas tertinggi (1,66 GPa), kekuatan luluh (56 MPa), dan kekuatan ultimit (158 MPa), dengan arsitektur terutama menentukan kinerja mekanik.
Chameekara T. Wanniarachchi; A. Arjunan; A. Baroutaji; Manpreet Singhยท Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materialsยท 2022ยท DOI 10.1016/j.jmbbm.2022.105409
Masalah inti
Meta-biomaterial auksetik menunjukkan rasio Poisson negatif (), yang menghasilkan mode deformasi tidak konvensional dan sifat mekanik yang berbeda dari biomaterial seluler tradisional. Perilaku ini dapat menguntungkan untuk konstruk rekayasa jaringan penahan beban seperti perancah tulang, di mana studi awal menunjukkan bahwa arsitektur auksetik dapat meningkatkan proliferasi sel dan reintegrasi jaringan. Namun, penelitian tentang meta-biomaterial auksetik CoCrMo untuk perancah tulang atau implan masih belum dilaporkan. Makalah ini mengusulkan kerangka kerja untuk mengembangkan meta-biomaterial auksetik yang dapat dicetak sesuai permintaan sekaligus memenuhi persyaratan porositas yang sesuai untuk perancah tulang penahan beban. Studi ini mengevaluasi lima perancah meta-biomaterial auksetik CoCrMo dalam dua skenario yang menargetkan rasio Poisson mendekati nol dan negatif tinggi, menggunakan kriteria Ashby dan pengujian prototipe di bawah kompresi uniaksial untuk menilai kinerja mekanik dan mode kegagalan. Prosedur pengambilan keputusan multikriteria yang menggabungkan Analytic Hierarchy Process (AHP) dan Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) mengidentifikasi arsitektur dengan kinerja terbaik.
Inovasi
Lima arsitektur perancah meta-biomaterial auksetik CoCrMo dirancang dan diproduksi secara aditif. Perancah dikarakterisasi dalam dua skenario: satu bertujuan untuk rasio Poisson mendekati nol dan satu lagi untuk rasio Poisson negatif tinggi. Kinerja mekanik dievaluasi menggunakan kriteria Ashby yang dilanjutkan dengan pengujian kompresi uniaksial prototipe untuk menentukan modulus elastisitas, kekuatan luluh, kekuatan ultimit, dan mode kegagalan. Porositas dan rasio Poisson diukur. Kerangka kerja pengambilan keputusan multikriteria yang mengintegrasikan AHP dan TOPSIS digunakan untuk memeringkat perancah berdasarkan kriteria kinerja. AHP digunakan untuk menentukan bobot kriteria, dan TOPSIS memeringkat alternatif berdasarkan kemiripan dengan solusi ideal. Studi ini juga menganalisis pengaruh arsitektur meta-seluler dan kepadatan relatif terhadap sifat mekanik.
Pendahuluan
Meta-biomaterial auksetik menunjukkan rasio Poisson negatif (), yang menghasilkan mode deformasi tidak konvensional dan sifat mekanik yang berbeda dari biomaterial seluler tradisional. Perilaku ini dapat menguntungkan untuk konstruk rekayasa jaringan penahan beban seperti perancah tulang, di mana studi awal menunjukkan bahwa arsitektur auksetik dapat meningkatkan proliferasi sel dan reintegrasi jaringan. Namun, penelitian tentang meta-biomaterial auksetik CoCrMo untuk perancah tulang atau implan masih belum dilaporkan. Makalah ini mengusulkan kerangka kerja untuk mengembangkan meta-biomaterial auksetik yang dapat dicetak sesuai permintaan sekaligus memenuhi persyaratan porositas yang sesuai untuk perancah tulang penahan beban. Studi ini mengevaluasi lima perancah meta-biomaterial auksetik CoCrMo dalam dua skenario yang menargetkan rasio Poisson mendekati nol dan negatif tinggi, menggunakan kriteria Ashby dan pengujian prototipe di bawah kompresi uniaksial untuk menilai kinerja mekanik dan mode kegagalan. Prosedur pengambilan keputusan multikriteria yang menggabungkan Analytic Hierarchy Process (AHP) dan Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) mengidentifikasi arsitektur dengan kinerja terbaik.
Mengapa penting
Temuan menunjukkan bahwa meta-biomaterial auksetik CoCrMo dapat dirancang dengan rasio Poisson negatif yang sesuai untuk perancah tulang penahan beban sekaligus mempertahankan porositas pada rentang 73-82%. Kinerja mekanik superior arsitektur AX1, yang menunjukkan auksesitas tertinggi sekaligus kekuatan dan modulus tertinggi, menunjukkan bahwa auksesitas dan kapasitas penahan beban dapat dicapai secara bersamaan melalui desain arsitektur yang cermat. Dominasi arsitektur meta-seluler atas kepadatan relatif dalam menentukan sifat mekanik memberikan tuas desain untuk menyesuaikan perancah. Kerangka kerja yang diusulkan memungkinkan pencetakan sesuai permintaan meta-biomaterial auksetik dengan persyaratan porositas untuk perancah tulang. Integrasi kriteria Ashby, pengujian prototipe, dan AHP-TOPSIS memberikan pendekatan sistematis untuk memilih arsitektur optimal. Hasil ini mendukung potensi meta-biomaterial auksetik untuk aplikasi rekayasa jaringan penahan beban, meskipun studi in vitro dan in vivo lebih lanjut diperlukan untuk memvalidasi kinerja biologis.
Siapa yang sebaiknya membaca
Pembaca Research Digest dan praktisi rumpun ini.
Membuka konten memberโฆ