Des scientifiques du Skoltech Center for Design, Fabrication, and Materials (CDMM) ont développé une méthode de conception et de fabrication d'implants osseux en céramique de forme complexe avec une structure poreuse contrôlable, ce qui améliore grandement l'efficacité de la fusion des tissus. Leurs recherches ont été publiées dans la revue Sciences appliquées.

Les matériaux céramiques sont résistants aux produits chimiques, Stress mécanique, et porter, ce qui en fait un ajustement parfait pour les implants osseux qui peuvent être fabriqués sur mesure grâce à la technologie d'impression 3D avancée. Diverses structures poreuses sont utilisées pour assurer une croissance cellulaire efficace autour de l'implant. Pour que la fusion tissulaire soit plus efficace, les pores doivent avoir une taille de plusieurs centaines de microns, tandis que les implants pourraient être plus gros que les pores de plusieurs ordres de grandeur. Dans la vraie vie, un implant avec une structure poreuse spécifique doit être conçu sur mesure dans un délai très court. La modélisation géométrique classique avec la représentation de l'objet limitée à sa surface ne fonctionne pas ici en raison de la structure interne complexe de l'implant.

Les scientifiques de Skoltech dirigés par le professeur Alexander Safonov ont modélisé les implants à l'aide d'une méthode de représentation fonctionnelle (FRep) développée par un autre professeur de Skoltech, Alexandre Pasko. "La modélisation FRep des microstructures présente de nombreux avantages, " commente Evgenii Maltsev, chercheur à Skoltech et co-auteur de l'article. "D'abord, La modélisation FRep garantit toujours que le modèle résultant est correct, par opposition à la représentation polygonale traditionnelle dans les systèmes de CAO où les modèles sont susceptibles d'avoir des fissures ou des facettes disjointes. Seconde, il assure un paramétrage complet des microstructures résultantes et, donc, grande flexibilité dans la génération rapide de modèles 3-D variables. Troisième, il offre une diversité d'outils pour modéliser diverses structures de maillage."

Dans leurs recherches, les scientifiques ont utilisé la méthode FRep pour concevoir des implants cylindriques et une cellule de diamant cubique pour modéliser la microstructure cellulaire. Le laboratoire de fabrication additive du CDMM a imprimé en 3D des implants en céramique en fonction de leur conception et les a testés sous compression axiale.

De façon intéressante, la nouvelle méthode permet de modifier la structure poreuse afin de produire des implants de différentes densités pour répondre aux besoins individuels des patients.