(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210715532.8 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 嘉思特医疗器材 （天津） 股份有限公 司 地址 300190 天津市南 开区资阳路27号 (72)发明人 陈亚　于海川　赵立冲　李亮亮　 叶金铎　刘淑红　刘璐　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 专利代理师 琪琛 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 113/10(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种3D打印金属构件弹性模量测试方法 (57)摘要 本发明公开了一种3D打印金属构件弹性模 量测试方法， 将材料参数组合仿真分析获得的载 荷‑位移曲线与实验获得的载荷 ‑位移曲线的均 方根误差作为目标函数， 再将二次多项式作为响 应面函数， 通过回归分析确定待定系数， 方差分 析简化多项式， 并进行精度验证。 最后应用优化 算法获得最小目标函数的最佳参数组合， 确定材 料的弹性模量。 本发明方法解决了不符合均匀连 续和各向同性假设3D打印金属构件弹性模量的 测量问题。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115200997 A 2022.10.18 CN 115200997 A 1.一种3D打印金属构件弹性模量测试 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 采用3D打印技术制备骨科植入物的构件， 按照骨科植入物的实验标准进行包埋和实 验， 获得构件的载荷位移曲线， 实验机采用电子或液压万能试验机； 建立骨科植入物的实体模型， 导入有限元软件， 划分网格， 施加边界条件， 边界条件与 实验相同； 模型 的材料参数初值设定为同种 材料经过锻造或铸造的弹性模量， 经过计算得 到构件的载荷位移曲线； 比较计算和实验的载荷位移曲线， 通过增大或减小弹性模量的数 值， 使计算的到的载荷位移曲线与实验得到的载荷位移曲线误差最小， 初步得到3D打印金 属构件的弹性模量； 采用优化设计方法对计算结果进行优化， 减少计算次数， 提高精度。 2.根据权利要求1所述3D打印金属构件弹性模量测试方法， 其特征在于， 所述比较计算 和实验的载荷位移曲线， 通过增大或减小弹性模量的数值， 使计算的到的载荷位移曲线与 实验得到的载荷位移曲线误差最小， 得到3D打印金属构件的弹性模量是指： 将材料参数组 合仿真分析获得的载荷 ‑位移曲线与实验获得的载荷 ‑位移曲线的均方根误差作为 目标函 数， 再将二次多项式作为响应面函数， 通过回归分析确定待定系 数和通过方差分析简化多 项式， 并进行精度验证。 3.根据权利要求1所述3D打印金属构件弹性模量测试方法， 其特征在于， 所述采用优化 设计方法对计算结果进行优化是指应用响应面法获得最小目标函数优化方案 。 4.根据权利要求2所述3D打印金属构件弹性模量测试方法， 其特征在于， 选取3D打印金 属构件的弹性模量、 泊松比作为自变量， 将有限元分析结果和实验结果的标准误差作为 目 标函数， 其表达式为： 式(1)中， E为弹性模量； μ为泊松比； Xtn(E， μ )为tn位移下有限元分析的支反力； εtn为位 移下实验载荷， N 为选取的测量 点总数； i 为材料参数组合方案数目。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115200997 A 2一种3D打印金属构件弹性模量测试方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种3D打印金属构件弹性模量测试 方法。 背景技术 [0002]目前基于均匀连续和各向同性金属材料力学性能测试方法已日趋成熟， 各类相关 标准及方法已经成为材料弹性模量测试的规范， 如国标规定的拉、 压、 弯以及硬度等 实验标 准。 现阶段对材料弹性模量的测试方法主要为拉伸和压缩实验： 将待测金属加工成标准试 样， 对其拉伸或压缩实验， 得到应力 ‑应变曲线， 进 而得到材 料的弹性模量。 [0003]实验研究显示， 3D打印金属棒料和构件表面存在疏松层内部为致密层， 用3D打印 方法制备的金属试件与骨科植入假体已经不满足均匀连续和各向 同性假设。 用同一尺寸棒 料制备的不同尺寸试件弹性模量不同， 同一尺寸的拉伸和压缩试件不仅屈服应力不同而且 弹性模量也不相同， 构件的弹性模量不仅和构件的尺寸相关也与构件的结构相关。 因此， 用 传统方法通过试件测定金属材料弹性模量的方法已经不适用确定3D打印金属构件的弹性 模量。 [0004]随着精准医疗的实施， 3D打印假体逐渐进入临床， 考虑到植入假体种类繁多， 结构 形状和尺寸变化较大， 同时考虑到3D打印金属构件表面为疏松层内部为致密层， 违反了金 属材料均匀连续和各向 同性的假设， 其弹性模量依赖于构件的结构和尺寸。 因此， 无法通过 标准规定的力学实验方法获得3D打印金属材料的应力 ‑应变曲线和通过材料的弹性模量确 定植入假体的弹性模量。 [0005]依上述， 需要发展一种新的测试方法， 确定3D打印金属构件的弹性模量， 用于骨科 植入物的设计与制造 。 发明内容 [0006]为了解决现有技术中的问题， 本发明提供一种3D打印金属构件弹性模量测试方 法， 解决现有技术中3D打印金属构件的弹性模量无法通过传统金属材料弹性模量的测试方 法获得的问题。 [0007]本发明是通过以下技 术方案实现： [0008]一种3D打印金属构件弹性模量测试 方法， 包括以下步骤： [0009]采用3D打印技术制备骨科植入物的构件， 按照骨科植入物的实验标准进行包埋和 实验， 获得构件的载荷位移曲线， 试验机采用液压或电子万能试验机； [0010]建立骨科植入物的实体模型， 导入有限元软件， 划分网格， 施加边界条件， 边界条 件与实验相同； 模型 的材料参数初值设定为同种 材料经过锻造或铸造的弹性模量， 经过计 算得到构件的载荷位移曲线； 比较计算和实验的载荷位移曲线， 通过增大或减小弹性模量 的数值， 使计算的到的载荷位移曲线与实验得到的载荷位移曲线误差最小， 初步得到3D打 印金属构件的弹性模量； [0011]采用优化设计方法对计算结果进行优化， 减少计算次数， 提高精度。说　明　书 1/7 页 3 CN 115200997 A 3