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Optimization in the design for additive manufacturing of personalized total knee replacement prostheses and cost-effectiveness analysis
Herrera Cruz, Laura V.
Herrera Cruz, Laura V.
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Abstract
Patient-specific total knee replacements (TKRs) must conform to individual anatomy, withstand deep-flexion activities, and remain viable at low production volume. This work establishes an integrated design-for-additive-manufacturing pipeline that converts medical imaging into a cemented, PCL-retaining implant, validates function via static finiteelement analyses across progressively deeper flexion postures, and refines geometry through manufacturability-aware topology optimization. The study also benchmarks relevant metal–polymer pairings and contrasts additive manufacturing with conventional fabrication routes on feasibility and cost.
Los reemplazos totales de rodilla (TKR) específicos para el paciente deben ajustarse a la anatomía individual, soportar actividades de flexión profunda y seguir siendo viables a bajo volumen de producción. Este trabajo establece una línea de diseño integrada para la fabricación aditiva que convierte las imágenes médicas en un implante cementado que retiene PCL, valida la función a través de análisis de elementos finitos estáticos en posturas de flexión progresivamente más profundas y refina la geometría a través de la optimización de la topología consciente de la capacidad de fabricación. El estudio también compara los emparejamientos metal-polímero relevantes y contrasta la fabricación aditiva con las rutas de fabricación convencionales en cuanto a viabilidad y costo.
Los reemplazos totales de rodilla (TKR) específicos para el paciente deben ajustarse a la anatomía individual, soportar actividades de flexión profunda y seguir siendo viables a bajo volumen de producción. Este trabajo establece una línea de diseño integrada para la fabricación aditiva que convierte las imágenes médicas en un implante cementado que retiene PCL, valida la función a través de análisis de elementos finitos estáticos en posturas de flexión progresivamente más profundas y refina la geometría a través de la optimización de la topología consciente de la capacidad de fabricación. El estudio también compara los emparejamientos metal-polímero relevantes y contrasta la fabricación aditiva con las rutas de fabricación convencionales en cuanto a viabilidad y costo.
Description
Date
2025-12-15
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
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Files
INIM_HerreraCruzL_2025.pdf
Adobe PDF, 5.06 MB
- Embargoed until 2027-12-16
Keywords
Additive Manufacturing, Optimization, Cost Analysis, TKR, Design
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License
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International