I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  14 ,   No .   2 J u ly   20 25 ,   p p .   575 ~ 5 8 6   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 14 . i 2 . pp 5 7 5 - 586           575       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   Desig n and  str uct ura m o de lling  of  pa tient - sp ecifi c 3 D - prin ted  k n ee fe m ur and  t i bia  i m p la nts       B o lug o dd u Sa nd ee p 1 Sa ra v a na n   Dha nu s h k o di 2 S ud ha ka K u m a ra s a m y 3   1 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   P r i s t   D e e me d   U n i v e r si t y ,   T h a n j a v u r ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   P o n n a i y a h   R a ma j a y a m I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   V a l l a m,  I n d i a   3 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   M a l a y si a   P a h a n g ,   P a h a n g ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 4 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   Ma r   1 0 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   J u n   1 0 ,   2 0 2 5       A rth rit is  is  a   d e g e n e ra ti v e   jo in t   c o n d it io n   t h a p r o g re ss iv e l y   d a m a g e th e   k n e e ,   lea d in g   t o   p a in ,   stif f n e ss ,   a n d   li m it e d   m o b il it y .   T o   a ll e v iate   th e se   s y m p to m a n d   re sto re   jo i n f u n c ti o n a li ty ,   to tal  k n e e   a rth ro p las ty   (T K A is   p e rf o r m e d .   T h is  p ro c e d u re   b e c o m e n e c e ss a r y   d u e   to   e it h e su d d e n   trau m a   to   t h e   k n e e   o g ra d u a l   w e a a n d   tea o f   th e   m e n isc u a n d   c a rti l a g e .   T K in v o lv e m e ti c u lo u p lan n i n g ,   p re c ise   b o n e   c u tt i n g ,   a n d   th e   p lac e m e n o f   p ro sth e t ic  c o m p o n e n ts  m a d e   f r o m   h ig h - d e n sity   p o ly e th y len e   a n d   m e tal  a ll o y s.  Ho we v e r,   trad it io n a l   m e th o d c re a ti n g   c u sto m ize d   k n e e   imp lan ts  a re   e x p e n siv e   a n d   ti m e - in ten siv e .   T h is  stu d y   e x p lo re th e   c h a ll e n g e in   m a n u f a c tu rin g   p e rso n a li z e d   k n e e   im p lan ts  f o T K A   a n d   e v a lu a tes   th e   p o ten ti a o f   th re e - d im e n sio n a ( 3 D)  p ri n ti n g   tec h n o l o g y   in   th is  p ro c e ss .   V a riatio n in   k n e e   jo in a n a to m y   a c ro s p o p u lati o n c o m p li c a te  su rg e r y ,   a s   o p ti m a o u tco m e re l y   o n   p re c ise   a li g n m e n a n d   i m p lan d im e n sio n s .   A   p re o p e ra ti v e   c o m p u ted   to m o g ra p h y   (CT sc a n   id e n ti f ies   th e   re g io n   o f   in tere st  (ROI),  su c h   a th e   k n e e   j o in t .   T h e   sc a n   d a ta  is  t h e n   p r o c e ss e d   u sin g   c o m p u ter - a id e d   d e sig n   (CA D)  so f twa re   to   g e n e ra te  a   p rin ta b le  f il e .   T h e   p a ti e n t’s  CT   sc a n   d a ta  is  c o n v e r ted   in t o   a   sta n d a rd   tr ian g u latio n   lan g u a g e   (S T L f il e   a n d   CA m o d e ls  o f   th e   k n e e   j o in t.   Err o rs   su c h   a o v e rlap p in g   tri a n g les   o o p e n   l o o p in   th e   S T L   f il e   a r e   c o rre c t e d ,   a n d   u n w a n ted   g e o m e tri e n e a th e   ROI  a re   re m o v e d .   Re se c ti o n   tec h n iq u e a re   a p p li e d   to   c re a te  C A m o d e ls  tailo re d   to   th e   p a ti e n t’s  b o n e   m o rp h o l o g y .   F u se d   d e p o siti o n   m o d e li n g   ( F DM)   is  t h e n   u se d   t o   p ro d u c e   p ro t o ty p e o f   th e   k n e e   jo in t   a n d   im p lan t s.   De sp it e   v isi b le  lay e li n e in   th e   p ri n ted   p ro to ty p e s,  c h a ll e n g e s e n c o u n tere d   d u r in g   t h e   p ro c e ss   w e re   e ffe c ti v e l y   re so lv e d .   K ey w o r d s :   Kn ee   r ep lace m e n t   Min i m u m   j o in t sp ac w id t h   Ost eo ar th r iti s   P ar am etr ic  m o d eli n g   T h r ee - d i m en s io n al  m o d el   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B o lu g o d d u   San d ee p   Dep ar t m en t o f   Me ch a n ical  E n g in ee r i n g ,   P r is t D ee m ed   Un iv er s it y   T h an j av u r ,   T am il   N ad u ,   I n d ia    E m ail:  s a n d ee p v ar m a@ j its . i n       1.   I NT RO D UCT I O N     Kn ee   ar t h r itis ,   i n cl u d in g   o s t eo ar th r itis ,   r h e u m ato id   ar th r i tis ,   an d   p o s t - tr au m at ic  ar th r itis ,   is   a   co m m o n   co n d itio n   af f ec ti n g   t h k n ee   j o in [ 1 ] .   Ov er   th last   f o u r   d ec ad es,  k n ee   r ep lace m en s u r g er ies  h a v e   in cr ea s ed   g lo b all y   [ 2 ] .   T o ta k n ee   r ep lace m en ( T K R )   is   o f ten   r eq u ir ed   d u to   c ar tilag an d   b o n d eg en er atio n ,   j o in s w ell in g ,   a n d   m ild   s y n o v ial  i n f la m m atio n   ca u s ed   b y   o s teo ar t h r itis   [ 3 ] .   Desp ite  its   s u cc es s ,   u p   to   2 5 % o f   T KR   p atien ts   r ep o r t d is s atis f ac t io n   [ 4 ] .     As  s h o w n   i n   Fig u r e   1 ,   u n d er s tan d in g   k n ee   a n a to m y   a n d   in j u r y   m ec h a n i s m s   is   cr u cia f o r   ef f ec ti v e   d iag n o s i s   a n d   tr ea t m e n [ 5 ] .   T h k n ee   j o in co n s is ts   o f   th f e m u r   ( t h i g h   b o n e) ,   tib ia  ( s h in   b o n e) ,   an d   t h e   k n ee ca p   ( p atella) .   T h ese  b o n e s   ar co v er ed   b y   s m o o th   la y er   ca lled   ar ticu lar   ca r tilag e,   wh ich   en ab les   s m o o t h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   575 - 5 8 6   576   m o v e m e n w it h i n   t h j o in t.  B et w ee n   t h f e m u r   a n d   tib ia,   th e r ar C - s h ap ed   s tr u c tu r es  ca ll ed   m en i s ci  t h at  ac t   as  s h o c k   ab s o r b er s   f o r   th k n ee .   T y p icall y ,   t h k n ee   is   u n d er s to o d   to   in clu d th tib io f e m o r al  an d   p atello f e m o r al  j o in ts .   T h tib io f e m o r al  j o in is   d iv id ed   in to   m ed ial  an d   later al  s ec tio n s .   W h ile  t h er is   s lig h t   d if f er e n ce   in   th s ize  o f   th later al  an d   m ed ial  co n d y les,  th e   f o r m er   is   g e n er all y   co n s tan t.  Du r in g   f le x io n ,   th e   f e m o r al  a n d   tib ial  co n d y les ca n   s lid an d   r o ll to g et h er .           Fig u r 1 .   An ato m y   o f   t h k n ee       Dir ec k n ee   i m p ac ts   r eq u ir i m m ed iate  atte n tio n   [ 6 ] ,   an d   p r o s th ese s   h av e   r ep o r ted   1 0 - y ea r   s u r v iv a l   r ate  ex ce ed in g   9 5 %.  P r ec is io n   in   b o n cu ts   a n d   p r o s th etic  p lace m e n is   k e y   to   s u cc es s f u T KR   o u tco m es .   to tal  k n ee   ar th r o p last y   ( T KA)   ev en l y   d i s tr ib u te s   k n ee   j o i n lo ad   to   r ed u ce   p o ly et h y le n lin er   w ea r   an d   en h a n ce   p r o s th e s is   d u r ab ilit y   [ 7 ] .   A d v an ce s   in   th r ee - d i m e n s io n al  ( 3 D)   p r in ti n g   h a v m a d it  v alu ab le  to o l   in   o r th o p ed ics,  aid in g   in   m o b ilit y   r esto r atio n   a n d   p ain   r e d u cti o n   f o r   i m p r o v ed   p atien t   q u alit y   o f   li f [ 8 ] .   Desp ite  it s   b en e f it s ,   i n cr ea s ed   ar th r o p last y   p r o ce d u r es  lead   t o   m an y   co m p licatio n s ,   b u t   i m p r o v in g   T KA   w i th   7 5 to   8 9 p atien s atis f ac t io n ,   ar o u n d   5 0 r ep o r f u n ct io n al  li m itatio n s   o r   in f ec tio n s .   A d d itio n al  w ea r   f r o m   tib ial  b ea r in g   m icr o - m o t io n   an d   u ltra - h ig h - m o lec u lar - w ei g h p o l y et h y le n ( UHM W P E )   im p ac ts   f u r t h er   co n tr ib u te  to   ch alle n g es [ 9 ] .   P atien t - s p ec if ic  i n s tr u m e n tat i o n   ( P SI)   in   T KA   s i m p lifie s   s u r g er y ,   en h an ce s   cu tti n g   ac cu r ac y ,   an d   r ed u ce s   co m p licat io n s .   I t   also   d ec r ea s es  in s tr u m e n u s e,   s h o r ten s   p r o ce d u r es,  an d   lo w e r s   co s ts   [ 1 0 ],   [ 1 1 ] .   Usi n g   C T   o r   MRI  s ca n s ,   3 p r in ti n g   cr ea tes  a n ato m ica ll y   c u s to m ized   c u tti n g   g u id e s   b ased   o n   d etailed   m o d el s   o f   th p atie n t s   k n ee ,   en ab lin g   p r ec is p r e - o p er ativ e   p lan n i n g .   S u r g eo n s   u s th e s e   g u id es,  m ad f r o m   m ater ials   lik n y lo n ,   p o l y m er s ,   o r   m etals,  to   d eter m i n k e y   s u r g ical  p ar a m eter s   s u c h   a s   alig n m e n t,  r o tatio n ,   r esectio n   lev el s ,   an d   co m p o n en s izi n g   [ 1 2 ] [ 1 4 ] .   Du r in g   s u r g er y ,   P SI  g u id es  ass i s in   b o n cu ts   an d   p in   p o s itio n in g .   I f   ad j u s t m e n t s   ar n ee d ed ,   s tan d ar d   in s tr u m e n t s   ar u s ed .   P r o d u cin g   th e s g u id es  t y p icall y   tak e s   ab o u th r ee   w ee k s   [ 1 5 ] .   P r o p e r   s o f ti s s u h an d li n g   an d   o s te o p h y te  r ete n tio n   ar cr u ci al  f o r   g u id p lace m en t.   MRI - b ased   s y s te m s   d o   n o t r eq u ir ca r tilag r e m o v al,   w h ile  C T - b ased   s y s te m s   d o .     T h is   r esear ch   ai m s   to   d ev e lo p   an   i n n o v ati v k n ee   j o in co n s i s ti n g   o f   f e m u r   b o n e,   tib ia  b o n e,   an d   k n ee ca p   ( p atella)   u s in g   3 D - p r in ted   p o ly lactic  ac id   ( P L A ) ,   o f f er in g   lig h t w eig h t,  u s er - f r ien d l y   d esi g n   f o r   p atien r eh ab ilit a tio n .   T h s t u d y   e x a m i n es  t h p er f o r m a n ce   o f   th P L A   k e y   co m p o n e n ts   u n d er   s tr es s   an d   s tr ain ,   co m p ar i n g   t h ef f ec t iv en e s s   o f   t h ese   t w o   co m m er ciall y   a v ailab le  m ater ials .   A d v an ce m e n ts   i n     3D - p r in ted   p o l y m er   co m p o n e n ts   h av m ad th e m   s u itab le  f o r   d em an d i n g   ap p licatio n s ,   w i th   r ed u ce d   p r in tin g   co s ts   m a k i n g   t h e m   v iab le  alt er n ativ to   tr ad itio n al  o r th o tic s .   E ar ly   p r o to t y p es  w er b u l k y   d u to   li m ita tio n s   in   o ld er   tech n o lo g y ,   b u t   n o 3 D - p r in ted   b r ac es  o f f er   p er s o n alize d ,   co m f o r tab le,   an d   f u n ctio n al   s o l u tio n s .   C u s to m   d esi g n s   en s u r p r ec is f it  a n d   i m p r o v ed   p atien c o m p lia n ce .   T h v er s atili t y   o f   3 p r in tin g   al lo w s   f o r   co m p le x   g eo m etr ie s   an d   m ater ial  s elec tio n   to   ac h iev e   th d esire d   p r o p e r ties ,   w h il r ap id   p r o to ty p in g   en ab les q u ic k   m o d i f icatio n s   [ 1 6 ] [ 2 3 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   s tr u ctu r a l m o d elli n g   o f p a tien t - s p ec ific 3 D - p r in t ed   kn ee   femu r   a n d   tib ia   … ( B o lu g o d d u   S a n d ee p )   577   Me d ical  ap p licatio n s   r eq u ir s p ec ialized   m ater ial s ,   s u c h   as   en er g y - ab s o r b in g ,   i m p ac t - r es is tan t,  an d   b io lo g icall y   m o d elin g   co m p o n en t s .   R ec e n r esear c h   f o cu s es  o n   m ed icin a p o l y m er s   w i th   f lex ib ilit y   [ 2 4 ] [ 2 5 ] ,   to u g h n e s s   [ 2 6 ] [ 2 7 ] ,   elec tr ical  co n d u cti v it y   [ 2 8 ] [ 2 9 ] ,   an d   b io co m p atib ilit y   [ 3 0 ] [ 3 1 ] .   Fatig u e   f r ac t u r es   ar o f ten   d u to   in ad eq u ate  b o n s u p p o r t,  co m m o n l y   f r o m   o s teo l y s i s .   P r ec is co m p o n en t   p o s itio n in g   d u r i n g   s u r g er y   i s   es s en tial  [ 3 2 ] .   Fra ctu r es  t y p icall y   o cc u r   at  th b ase  p late  an d   s te m   j u n ctio n ,   r eq u ir in g   ca r ef u l   m o n ito r i n g   f o r   s u b s id en ce ,   as  th is   r ar f ai lu r is   d i f f icu lt to   d etec t o n   r ad io g r ap h s   [ 3 3 ] .   Ku r en o v   et  a l.  [ 3 4 ] ,   th s u r g ical  i m p ac o f   3 D - p r in ted   p e r s o n alize d   b o n p lates  f o r   s e v er tib ial   p latea u   f r ac tu r e s .   J eo n   et  a l .   [ 3 5 ]   f o u n d   th at  3 p r in tin g - as s is ted   T KA   r esu lted   in   b etter   s h o r t - ter m   o u tco m e s ,   i m p r o v ed   s u r g ical  e f f icien c y ,   an d   en h a n ce d   k n ee   f u n ctio n   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al  T K A .     R an d az zo   et  a l .   [ 3 6 ]   th h u m a n   k n ee   a n d   an al y ze d   b i o m ec h a n ical  p r o p er ties   u n d e r   d if f er e n lo ad in g   co n d itio n s .   Saij o   et  a l .   [ 3 7 ]   P r o /E  s o f t w ar f o r   3 k n e p r o s th esis   r ec o n s tr u ctio n   a n d   ev al u ated   s tr ess   d is tr ib u tio n   w it h   f in ite  ele m e n a n al y s i s   ( A NSY S).   Hu a n g   an d   Z h a n g   [ 3 8 ]   d is co v er ed   th at  s ca n n i n g   s p ee d   s ig n i f ica n tl y   af f ec ted   t h te n s i le  s tr en g t h   o f   t itan iu m   allo y   i m p lan t s .   C r a f ts   et  a l .   [ 3 9 ]   f o u n d   th at  th T ag u ch i   m et h o d   r ed u ce d   b u ck li n g   d e f o r m atio n   i n   tita n i u m   allo y   b r ac in g   s tr u ct u r es.  C h ae   et  a l .   [ 4 0 ]   cu s to m ized     3D - p r in ted   s tai n les s   s teel  t ib ial  i m p lan ts   f o r   f r ac tu r f ix at io n   w it h   s u r g ical  s cr e w s .   W illi a m s   et  a l .   [ 4 1 ]   s t u d ied   t o u g h n e s s ,   co m b in i n g   s tr en g t h   an d   d u ct ilit y ,   u s i n g   to u g h   p o l y u r et h a n to   cr ea te  3 D - p r in ted   ten s ile  b ar   w ith   cr o s s h atc h   s tr u ct u r es ,   co m p ar in g   p h y s ical  an d   ch e m ical  cr o s s - li n k i n g   m et h o d s .   A d v a n ce s   in   f le x ib l m ater ial s   n o w   allo w   p r o s th etics  to   b c u s to m ized   to   i n d iv id u al   p h y s io lo g y   u s i n g   s ca n n in g   a n d   f itti n g   te ch n o lo g ies  [ 4 2 ] .   I n   o n e   s t u d y ,   3 m ap p in g   s o f t w ar cr ea t ed   n asal   co n to u r ,   p r in ted   w it h   Stra tas y s   P o l y J et  p r in ter   a n d   r u b b er - lik T an g o   P lu s   m ater ial.   Ster eo lit h o g r ap h y   h a s   also   b ee n   u s ed   to   p r in co m p lex   p atter n s   o n   f lex ib le  m ater ial s   [ 4 3 ] .   B i o co m p atib ilit y   is   ess e n tia f o r   m ater ials   i n   p r in ted   o b j ec ts   th at  i n ter ac w it h   th e   b o d y ,   en s u r i n g   t h e y   d o n 't  ca u s h ar m .   Stra t a s y s   ME D6 1 0 ,   an   ac r y l ic - b ase d   p o ly m er ,   is   u s ed   to   cr ea te  ti s s u s ca f f o ld s   w it h   co m p le x   t o p o lo g ies.  I m ee t s   k e y   b io co m p a tib ilit y   cr iter ia,   in cl u d in g   b io d eg r ad ab ilit y ,   n o n - c y to to x icit y ,   a n d   tis s u s ti m u latio n   [ 4 4 ] .     Fro m   th ab o v liter atu r s u r v e y   d is cu s s i o n s ,   cu r r en k n ee   im p lan m o d eli n g   an d   m o ld in g   m et h o d s ,   esp ec iall y   f o r   tib ial  p r o s th ese s ,   h av s e v er al  li m ita tio n s .   T h is   p ap er   f o cu s es  o n   th m o d elin g   ap p r o ac h   an d   FDM  tech n iq u f o r   p er s o n ali ze d   p atien t - s p ec i f ic  3 D - p r in te d   k n ee   f e m u r   an d   tib ia  i m p la n ts .   Th k n ee   j o in co n s is ts   o f   t h f e m u r ,   tib ia,   an d   p atella,   w it h   ar ticu lar   ca r tilag en ab li n g   s m o o t h   m o v e m e n t.  C - s h ap ed   m en is ci  b et w ee n   t h f e m u r   a n d   tib ia  s er v as  s h o c k   ab s o r b er s .   T h k n ee   h as  t w o   m ai n   co m p o n e n ts th e   tib io f e m o r al  an d   p atello f e m o r al  jo in ts .   T h tib io f e m o r al  j o i n is   d iv id ed   in to   m ed ial  an d   later al  s ec tio n s ,   w it h   s lig h t size  d i f f er en ce   b et w ee n   th co n d y les.   As  s h o w n   i n   Fig u r e   2 ,   in   T K R   s u r g er y ,   d is ea s ed   b o n an d   ca r tilag ar r em o v ed ,   an d   th e   f e m u r   an d   tib ia  ar r esh ap ed   t o   f it  th p r o s th es i s   co m p o n e n ts .   T h p r o s th e s is   i n clu d e s   f e m o r al,   tib ial ,   an d   p atellar   p ar ts .   I n   T KR   s u r g er y ,   d is ea s ed   b o n an d   ca r tilag ar r e m o v ed .   T h d is tal  f e m u r   an d   p r o x i m al  tib ia  ar cu an d   r esh ap ed   to   ac co m m o d ate  th f e m o r al  co m p o n e n an d   tib ial  tr ay   o f   th p r o s t h e s i s .   T h th r ee   m ai n   co m p o n e n t s   ar th f e m o r al,   tib ial,   an d   p atellar   co m p o n e n ts .   As  s h o w n   i n   Fi g u r 2 ,   th e   tib ial  an d   p atellar   co m p o n e n t s   ca n   b m ad o f   s o lid   p o l y et h y len e   o r   h a v e   m e tal  b ac k in g   t h at   s u p p o r ts   p o l y et h y len e   ar ticu lati n g   s u r f ac e.   T KA   is   o f ten   p er f o r m ed   w h e n   th ca r tilag is   d a m ag ed ,   th j o in is   m i s ali g n ed ,   an d   w o r n   ca r tilag e   s u r f ac es  n ee d   r ep lace m en w i t h   ar tific ial  co m p o n e n ts   [ 4 5 ] .   T h p r i m ar y   g o al  o f   T KA   i s   to   r eso lv m ec h a n ical   p r o b lem s   i n   th j o in t,  r ath er   th an   tr ea t h u n d er l y i n g   d is ea s e.   Fo r   in d iv id u al s   w it h   s e v er j o in d am a g e,   ar th r o p last y   m a y   b t h o n l y   a v ailab le  tr ea t m e n t [ 4 6 ] .   Ma n ag in g   ex ce s s   w eig h ca n   f u r th er   en h a n ce   p o s t - s u r g er y   o u tco m e s   [ 4 7 ] .   I n   3 1 o f   c ases ,   T KA  r esu lted   in   w eig h lo s s ,   i m p r o v ed   B MI ,   an d   b etter   f u n ctio n ali t y   [ 4 8 ] .   Am o n g   7 8 1   r ev is io n   T KA   p atien ts ,   co m m o n   f ail u r ca u s es  in c lu d ed   l o o s en in g   ( 3 9 . 9 %),   in f e ctio n   ( 2 7 . 4 %),   in s tab ilit y   ( 7 . 5 %),   p e r ip r o s th etic  f r ac tu r ( 4 . 7 %),   an d   ar th r o f ib r o s is   ( 4 . 5 %).               Fig u r 2 .   C o m p o n e n ts   o f   T KA   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   575 - 5 8 6   578   2.   P RO P O SE WO RK :   M AT E RIA L S A ND  M E T H O DS   T h m ater ia ls   u s ed   ar 3 p r in tin g   m ater ial  t h r o u g h   m ater ial  e x tr u s io n   p r o ce s s   i n   ad d itiv e   m an u f ac t u r in g   ( A M)   th at  cr e ates  o b j ec ts   b y   d ep o s itin g   m a ter ial  th r o u g h   n o zz le,   la y er   b y   la y er ,   b ased   o n   co m p u ter - a id ed   d esig n   ( C AD)   d ata   [ 4 9 ] ,   [ 5 0 ] .   I is   esp ec iall y   u s ef u in   b io m ed ical   d ev ices  an d   tis s u e   en g i n ee r i n g   ( T E )   f o r   p r o d u cin g   c u s to m ,   p atien t - s p ec if ic  p a r ts   [ 5 1 ] [ 5 2 ] .   Fu s ed   d ep o s itio n   m o d eli n g   ( FD M)   is   t y p o f   ad d itiv e   tech n o lo g y   w h er m ater ial  i s   m elted   a n d   ex tr u d ed   to   f o r m   s h ap e s ,   b u ild in g   la y er s   o n e   at   ti m [ 5 3 ] .     Fro m   th ab o v liter at u r s u r v e y ,   w h a v o b s er v ed   th at   th 3 m o d elin g   o f   h u m an   b o n es  h a s   b ec o m tr an s f o r m at iv to o in   m ed ical  r esear ch   an d   ed u ca tio n ,   w it h   m ater ia ls   li k P L A   a n d   r ec y c led   p o ly et h y len e   ter ep h t h al ate   ( r P E T )   em er g in g   a s   p o p u lar   c h o ices  d u to   t h eir   u n iq u p r o p er ties .   B elo w   i s   d etailed   ex p lo r atio n   o f   h o w   t h ese  m ater ial s   ar f ab r icate d   an d   p r ac ticall y   m o d eled   f o r   b o n r ep licas.   T h p r o p er ties   o f   b o n m o d eli n g   o f   P L A   ar e:  d er iv ed   f r o m   r e n e w ab le  r eso u r ce s   l ik co r n   s tar ch   o r   s u g ar ca n e;   b io d eg r ad ab le,   en v ir o n m en tal l y   f r ie n d l y ,   an d   ea s y   to   p r in t;  an d   o f f er s   g o o d   r ig id ity ,   h ig h   d i m en s io n al   ac cu r ac y ,   an d   s m o o th   s u r f ac e   f in i s h es,  m a k i n g   it  s u itab le  f o r   r ep licatin g   b o n s tr u ct u r es.   An d   f o r   r P E T   a r e:  m ad f r o m   r ec y cled   p last ic,   s u ch   as  u s ed   b ev er ag b o ttles s tr o n g ,   d u r ab le,   an d   less   b r ittl co m p ar ed   to   P L A;   an d   p r o v id es  s u s ta in ab le  alter n ati v w it h   h i g h   s tr en g t h   an d   to u g h n e s s ,   w it h   th s i m ilar   m ec h an ical   p r o p er ties   to   b o n e.   T h P L A   f ab r icatio n   p r o ce s s   in v o l v es   P L A   g r an u les  t h at  a r p r o d u ce d   th r o u g h   p o l y m er izatio n   o f   lactic  ac id   d er iv ed   f r o m   b io m ass .   T h g r an u le s   ar m elted   an d   ex tr u d ed   in to   f i la m e n f o r m ,   r ea d y   f o r   u s i n   3 p r in ter s ,   an d   f ila m e n ts   co m in   v ar io u s   d ia m eter s   ( e. g . ,   1 . 7 5   m m   o r   2 . 8 5   m m )   a n d   co l o r s   f o r   cu s to m ized   ap p licatio n s .   T h r P E T   f ab r i ca tio n   p r o ce s s   is P E T   w aste   is   co llected ,   clea n ed ,   an d   s h r ed d ed   in to   f la k es ;   th ese  f la k es   u n d er g o   ex tr u s io n   to   p r o d u ce   r ec y cled   P E T   f ila m en ts a n d   f ila m en ts   ar p r o ce s s ed   to   m a in ta i n   co n s is ten t q u a lit y ,   e n s u r i n g   p r in tab ilit y   an d   s tr en g th .   T h p r o ce s s   in   m o d eli n g   h u m an   b o n e s   u s in g   P L A   a n d   r P E T ,   h as  p r e - p r o ce s s in g   s t ag w h er z   h ig h - r eso l u tio n   C T   s ca n   o r   MRI  o f   t h h u m an   b o n e   is   o b ta in ed ,   th i m a g i n g   d ata  i s   p r o ce s s ed   u s in g   C A D   s o f t w ar to   cr ea te  3 D   m o d el,   a n d   th m o d el  is   co n v er ted   in to   s tan d ar d   tess ellatio n   la n g u a g ( ST L )   f ile,   w h ic h   is   u s ed   f o r   3 p r in tin g .   I n   3 p r in tin g   s ta g th p r in ti n g   s e tu p   is   p er f o r m ed   t h r o u g h   P L A   o r   r P E T   f ila m e n i s   lo ad ed   in to   a n   F D 3 p r in ter   a n d   p r in ter   p ar am eter   ( te m p er at u r e ,   s p ee d ,   an d   la y er   h e ig h t)   ar e   ad j u s ted   b ased   o n   th m ater i al.   I n   th n ex s tag p r in ti n g   p r o ce s s   is   p er f o r m ed   th r o u g h f o r   P L A ,   p r in te m p er atu r es  r a n g b et w ee n   1 9 0 - 220   °C ,   r P E T   r eq u ir es  s lig h t l y   h i g h er   te m p er at u r es  ( 2 3 0 - 260   °C ) ,   an d   th e   m o d el  i s   p r in ted   la y er   b y   la y er   to   r ep licate  th b o n s tr u ctu r e ,   w it h   s u p p o r t stru ctu r e s   ad d ed   as n ee d ed .   I n   th p o s t - p r o ce s s i n g   an d   f i n i s h i n g   s ta g e ,   s u p p o r ts   ar r em o v ed ,   an d   th m o d el  is   s a n d ed   to   ac h iev e   s m o o th   f in i s h .   P L A   m o d els   m a y   u n d er g o   an n ea li n g   f o r   in cr ea s ed   s t r en g t h   an d   h ea r e s is ta n ce ,   an d   r P E T   m o d el s   ca n   b tr ea ted   w i th   c o atin g s   f o r   en h a n ce d   d u r ab ilit y   an d   s u r f ac te x t u r e.   B y   le v er ag i n g   th u n iq u e   p r o p er ties   o f   P L A   an d   r P E T ,   3 m o d elin g   o f   h u m an   b o n es  ca n   b tailo r ed   f o r   d iv er s ap p licatio n s ,   f r o m   ed u ca tio n   t o   m ed ical  r esear c h ,   co m b i n i n g   p r ec is io n ,   p r ac ticalit y ,   an d   e n v ir o n m e n tal  co n s ci o u s n e s s .     Var io u s   s o f t w ar to o ls   ar u s ed   f o r   d iag n o s i n g   d is ea s es  an d   in j u r ies.  3 Sli ce r ,   an   o p en - s o u r ce   p r o g r am ,   e m p lo y s   v o lu m r en d er in g   to   d is p la y   3 i m a g es.  Fig u r 3   ill u s t r ate s   t h d eg r ad atio n   an d   r ec o v er y   o f   j o in s p ac d u e   to   ca r tila g e   an d   m en is c u s   d a m ag e   [ 5 4 ],   [ 5 5 ] .   T h tib ial  i m p la n t   o p ti m i za tio n   ( to p o lo g ical   o p tim izatio n )   w a s   d o n u s i n g   f i n ite  ele m e n a n al y s i s   a n d   MA T L A B   s o f t w ar e.   T h tail o r ed   im p la n m o d el   w a s   i m p o r ted   in to   A NSI an d   MA T L A B   s i m u lat io n   m ec h a n ical  f o r   s tr ess   an al y s is   an d   p ar am e ter   ad j u s t m e n t.  T h 3 D   tib ial  m o d el  w as  i m p o r ted   in to   MA T L A B   s i m u lat io n   p r o f ess io n a l   an d   tr an s f er r ed   to   MA T L A B   s i m u latio n   m ec h a n ical  f o r   f in ite  ele m e n an al y s i s .   T h m o d el  w a s   p ar titi o n ed   in to   g r id s ,   w it h   P L A   m ater ial  an d   co n s tr ai n co n d it io n s   ap p lied .   T h p r o x i m al  tib ia  w as  f ix ed ,   an d   2 0   lo a d   w a s   ap p lied   to   th tib ial  ar ticu lar   s u r f ac e.   T h a n al y s i s   r esu lts   r ev ea led   d is p lace m en at  th ar ticu lar   s u r f ac b o r d er   an d   s tr ess   co n ce n tr atio n   in   th tib ial  ten d o n .   I n cr ea s in g   te n d o n   th ic k n ess   an d   d is tr ib u tio n   co u ld   i m p r o v tib ial  s tr en g t h   an d   r ed u ce   s tr ess   co n ce n tr atio n .     T h p ar am eter   co n tr o tab le  i n   M A T L A B   s i m u latio n   o f   m ec h an ica w as   u s ed   to   ad j u s t   th tib ial   ten d o n s   h e ig h a n d   th ic k n e s s ,   in cr ea s in g   it s   th ic k n es s   an d   d is tr ib u tio n   ar ea .   T h u p d ated   m o d el  w as  t h en   co n f ir m ed .   A f ter   g r id   p ar titi o n in g ,   t h m o d el's  m ater ial  P L A ,   co n s tr ai n co n d itio n s ,   lo ad in g ,   ti m s tep ,   a n d   s o lu tio n   m et h o d   w er s et  f o r   an al y s i s .   T h o p tim ized   tib ial  im p lan t s   s tr ess   an al y s is   d e m o n s tr ated   r ed u ctio n   in   m ax i m al  d i s p lace m e n f r o m   0 . 0 0 3 4 4   m m   to   0 . 0 0 0 4 3   m m   a n d   d ec r ea s in   m ax i m al  s tr e s s   f r o m     7 . 2 3 5   N/m m ²  to   1 . 1 6 5   N/ m m ².   T h o p ti m ized   m o d el  ex h i b ited   r e d u ce d   d is p lace m e n s t r ain ,   m o r u n i f o r m   s tr ess   d is tr ib u tio n ,   an d   i m p r o v ed   tib ial  s tr en g t h   w it h   r ed u ce d   s tr ess   co n ce n tr atio n .   T h d esig n ed   tib ial   i m p lan w as   i m p o r ted   in to   ST L   f o r m at,   a n d   p o s itio n ed   at  9 0 °  in clin a tio n   f o r   s ta n d ar d   p lace m en t.  T h p ar t   w a s   s ec tio n ed   in to   1 4 3 4   lay er s ,   ea ch   0 . 0 3 4   m m   t h ic k ,   w ith   m o ld in g   ti m o f   5   h o u r s .     T o   p e r f o r m   k n ee - j o in t - r esec t io n   f o r   p atien t - s p ec i f ic - i m p l an ts ,   a   r es u r f ac e d   m o d el  f o r   p atien t - s p ec if ic  k n ee   co m p o n e n ts   is   c r ea ted   b y   b o n ex cisi o n   in   C A D,   w h ich   is   also   u ti lized   to   ev alu ate  o f f - th e - s h el f   co m p o n e n t s   [ 5 6 ] .   B ased   o n   f em u r   g eo m etr y ,   t h er ar th r ee   co n v e n tio n al  s izes  f o r   f e m o r al   r esectio n th s ize  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   s tr u ctu r a l m o d elli n g   o f p a tien t - s p ec ific 3 D - p r in t ed   kn ee   femu r   a n d   tib ia   … ( B o lu g o d d u   S a n d ee p )   579   o f   th r esectio n   is   d eter m i n ed   b y   th an ter io r - p o s ter io r   ( A - P )   len g t h   [ 5 7 ] .   W ith   an   av er ag len g t h   o f     5 1 . 0 6 1   m m ,   th A - P   co m e s   in to   th tin y   g r o u p .   T h k n ee   alig n s   m ec h a n icall y   w h e n   th e   v alg u s   an g le  is   6 °.   An   i n tr a m ed u llar y   r e f er en ce   s y s te m   t h at  i s   o r ien ted   w it h   t h m ed u l lar y   ca n a an d   at  6 °   an g le  b et w ee n   t h m ec h a n ical  a n d   a n ato m ic  a x e s   is   u s ed   to   cu th f e m u r .   1 0   m m   is   th d ep th   o f   t h d is tal   f e m u r   c u [ 5 8 ],   [ 5 9 ] .   W ith   t y p ical  d is ta m ed ial  a n d   later al  th ick n es s es  o f   5 . 5   m m   an d   p o s ter io r   m ed ial  an d   la ter al  th ick n e s s es   o f   5 . 3   m m   a n d   5 . 8   m m ,   r esp ec ti v el y ,   th k n ee - j o in i m p la n h as  m o d est  b o n r e s ec tio n .   T h tib ia  is   s liced   at  a   0 °  an g le  w it h   t h m ec h an ical  an d   an ato m ical  a x es   p ar allel.   T h j o in lin r e m a in s   u n al ter ed   w h en   1 3   m m   o f   tib ial  b o n is   r e m o v ed ,   en ab li n g   t h e   u s o f   1 3   m m   p o l y eth y len l in er   r ath er   t h an   9   m m   o n [ 6 0 ] ,   [ 6 1 ] .   Fe m o r al  A - P   len g th   cla s s i f ica tio n s   h elp   in   p er s o n alizi n g   k n ee   i m p la n t s .   T y p icall y ,   t h es s izes  ar e   d iv id ed   in to   g r o u p s   b ased   o n   th A - P   len g th   m ea s u r e m e n t s .   E ac h   g r o u p   r ef lects  s p ec i f i d im e n s io n s   t h at   m atc h   th n a tu r al  v ar iatio n s   i n   f e m u r   s izes  a m o n g   in d i v id u als.  T h is   class i f icatio n   en s u r e s   b etter   f it  o f   th e   p r o s th esis ,   o p ti m izi n g   th p er f o r m an ce   a n d   co m f o r f o r   th p atie n t.  A cc u r ate  g r o u p in g   i s   cr u cia f o r   s u cc e s s f u l k n ee   r ep lace m e n s u r g er ies,  a s   it a llo w s   f o r   p r ec i s alig n m e n t a n d   ar tic u latio n   w it h i n   t h j o in t.  T h e   p r o ce s s   o f   m ea s u r in g   a n d   ca t eg o r izin g   f e m o r al  A - P   le n g th s   t h u s   p la y s   v ita r o le  i n   o r th o p ed ic  s u r g ical   o u tco m es.  T h r esec tio n   o f   t h k n ee   j o in is   ca teg o r ized   i n t o   th r e s ta n d ar d   s izes   ac co r d in g   to   th e   g eo m etr y   o f   th f e m u r   at  t h r esectio n   s i te.   T h class if icat io n   o f   f e m o r al  A - P   len g th s   is   p r ese n ted   in   T ab le  1 .         T ab le  1 .   C lass if icatio n   o f   k n ee - b ased   class i f ica tio n s   o n   s izes   S i z e s   L e n g t h   ( mm )   S mal l   5 3   t o   5 6     M e d i u m   6 1   t o   6 3     L a r g e   7 4   t o   7 6         Kn ee   j o in i m p la n t s   an d   t h f e m o r al  b o n r esect io n   p r o f il ar u tili ze d   to   m o d el  p atie n t - s p ec i f ic  i m p lan ts   u s in g   M A T L A B   Sim u latio n .   T h av er ag i m p lan th ick n es s   v al u es  ar u s ed   to   g en er ate  th f e m o r al   i m p lan m o d els.  W ith   9   m m   tib ial  b o n ex cisi o n ,   th tib ial   im p la n is   u s ed   lik t h tib ia  p r o f ile.   T h lin er   is   in s er ted   in to   th tib ial  tr a y   a f t er   r esectio n   p r o f ile  is   m ad o n   th u p p er   s u r f ac e.   T h lin e r   h as  2   m m   s h ell,   an d   th tib ial  tr a y   i s   ex tr u d ed   b y   4   m m   a n d   9   m m ,   r esp ec ti v el y .   T o   s im u late  an d   m o d el  k n ee - j o in t - co m p o n en ts   in   3 D - p r i n tin g ,   MA T L A B   s i m u la tio n   i s   u s ed   to   i m p o r k n ee   i m p lan f iles ,   co n f ig u r p r o ce s s   p ar a m eter s ,   a n d   ad d   s u p p o r s tr u c tu r es   to   th tib ia  tr a y   a n d   f e m o r al  i m p lan t.  Fo llo w i n g   v alid atio n ,   G - co d es  ar p r o d u ce d   b y   th p r o g r a m   a n d   ex p o r ted   to   th 3 p r in ter   f o r   p r in ti n g .   T h p r o p o s ed   r e s ea r ch   e x a m in e s   t h ef f ec t s   o f   3 D - p r i n ted   P L A   co m p o s ite  m ater ial  o n   T KR .   C o m b i n in g   P L A   w it h   r ec y cle d   P E T   ( r P E T )   h as  r esu lted   i n   s tab le,   3 D - p r in tab le  m a ter ial  th at   allo w s   f o r   th e   cr ea tio n   o f   p o r o u s   a n d   f in el y   s tr u ct u r ed   s ca f f o ld s .   T h ese  s ca f f o ld s   d e m o n s tr at o s teo g en ic  an d     an ti - i n f la m m ato r y   p r o p er ties .   T h is   3 D - p r in ted   m ater ial  m ee ts   m a n y   o f   th r eq u ir e m e n ts   o u tlin ed   i n   th e   liter atu r e.   T h s tu d en v er s io n   o f   p r o - en g in ee r ,   also   k n o w n   as  C r eo ,   is   u s ed   to   s et  p r in p ar a m eter s   an d   s lice  th ST L   f ile  a f ter   i m p o r tin g   t h 3 m o d el.   T h o r ien tatio n   o f   th k n ee   j o in is   ad j u s ted   w ith i n   th p r in ar ea .   T h p r in tin g   v ar iab les ar d etailed   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Ma ter ial  p a r am eter s   f o r   3 m o d el  d esig n   an al y s is   M a t e r i a l   t y p e   L a y e r   h e i g h t   ( mm )   N u mb e r   o f   sh e l l s   I n f i l l   ( %)   I n f i l l   t y p e   B u i l d   t i me   f o r   f e mu r   a n d   l i n e r   i m p l a n t   B u i l d   t i me   f o r   t i b i a   t r a y   S u p p o r t   s t r u c t u r e   P L A   0 . 2 2     2   29   H e x a g o a l   2   h   6 0   mi n   A d d e d       Fo r   th is   a n al y s is   r ep o r t,  th e   f o llo w in g   s p ec i f icatio n s   ar e   u s ed ,   af ter   r ev ie w in g   s e v er al  r esear ch   p ap er s   an d   p u b licatio n s .   P o l y m er   m ater ials   ar t y p icall y   cr ea ted   u s in g   b io lo g icall y   ex tr u d ed   3 p r in tin g   tech n iq u es.  B o th   n at u r al  p o l y m er s   a n d   p ar tiall y   s y n t h etic  p o ly m er s   ca n   b ea s il y   co n v er ted   in to   h y d r o g el   b io lo g ical  in k s ,   w h ich   m i m ic   th h y d r o p h il ic  p r o p er ties   an d   b io co m p atib ilit y   o f   b io lo g ical  t is s u e s .   T h eir   m ec h a n ical  p r o p er ties   ca n   b ad j u s ted   to   f o r m   s tab le  3D   s tr u ctu r e s .   Mo s b io lo g ical  i n k s   r ep o r ted   a r u s ed   i n   g as - p h a s en v ir o n m en ts   i n   v it r o ,   alth o u g h   liq u id - p h a s s u s p en d ed   3 p r in tin g   i s   also   b ein g   ex p lo r ed ,   li m ited   to   s p ec if ic  liq u id - p h ase  s o lv e n ts .   T h ac tu al  ap p licatio n   e n v i r o n m e n t o f   b io m ater ials   i s   co m p lex ,   w i th   v ar io u s   p r in ted   b io m ater ial  co m p o n en ts   an d   ce lls   o f f er in g   d if f er en t   p r o p er ties   an d   f u n ctio n s .   T h is   s tu d y   f o cu s e s   o n   s elec ti n g   p o l y m er   m ater ials ,   b io lo g ical  p r in tin g   ce lls ,   an d   th eir   u s in   b o n an d   ca r tilag r ep air .   T h is   r ev ie w   d etails  ea ch   co m p o n e n t s   c h ar ac ter is tics ,   p r o v id in g   b asis   an d   p r o g r ess   o f   3 p r in ti n g   ap p licatio n s   i n   b io lo g ical  b o n an d   ca r tilag e,   as sh o w n   i n   T ab le s   3   an d   4 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   575 - 5 8 6   580   T ab le  3 .   Ma ter ial  p r o p er ties   o f   ca r tilag e   P r o p e r t i e s   V a l u e   Y o u n g s mo d u l u s   0 . 0 6 - 0 . 0 2 0   M P a   P o i ssi o n 's   r a t i o   0 . 4 5 - 0 . 4 9   S h e a r   mo d u l u s   0 . 0 2 0   M P a   T e mp e r a t u r e   25   o C   D e n si t y   1 1 0 0   k g / m 3   P e r me a b i l i t y   10 - 15   t o   1 0 - 16   m 4 /N   M a t e r i a l   t y p e   v i sco e l a st i c   ( p o r o u s)       T ab le  4 .   Ma ter ial  p r o p er ties   o f   b o n e   P r o p e r t i e s   V a l u e   Y o u n g s   mo d u l u s   12600 - 19400   M P a   P o i ssi o n 's   r a t i o   0 . 3 - 0 . 3 9   S h e a r   mo d u l u s   4 8 5 0 - 5 7 0 0   M p a   O p e r a t i n g   t e m p e r a t u r e   25   o C   D e n si t y   1 8 0 0   k g / m 3   M a t e r i a l   t y p e   S o l i d   T e n s i l e   s t r e n g t h   50 - 1 3 5   M P a   C o mp r e ssi v e   st r e n g t h   ( - 50)   to   ( - 2 5 0 )   M P a   S h e a r   st r e n g t h   65   M P a       T h ten s ile   p r o p er ties   o f   h u m an   b o n a n d   3 D - p r i n ted   k n ee b o n e   j o in ts   ar cr u cial   f o r   as s ess i n g   h o ef f ec tiv e l y   s y n t h etic  m ater ial s   ca n   r ep licate  n at u r al  s tr u c t u r es  i n   o r th o p ed ic  ap p licatio n s .   C o r tical  b o n e,   t y p o f   h u m a n   b o n e,   d em o n s tr ates  ex ce p tio n al  te n s ile  s tr en g t h   an d   to u g h n e s s   d u to   its   u n iq u co m p o s it e   s tr u ct u r e,   w h ic h   co m b i n es  co llag e n   f ib er s   w it h   h y d r o x y ap atite  m i n er al  cr y s tal s .   T h is   n atu r al  co m p o s itio n   allo w s   b o n es to   en d u r s u b s ta n tial s tr ess   w h ile  r etai n i n g   f le x ib ilit y   an d   d u r ab ilit y .   R ec en ad v a n ce m e n ts   i n   3 p r in tin g   tech n o lo g y   h a v en a b led   th f ab r ic atio n   o f   k n ee b o n e   j o in ts   u s i n g   m a ter ials   s u c h   as  P L co m p o s i tes.  T h ese  m ater ials   a r s elec ted   f o r   th eir   b io co m p a tib ilit y ,   m ec h an ica p r o p er ties ,   an d   ea s o f   p r o ce s s in g .   Ho w ev er ,   r ep licati n g   t h e   in tr icate   m icr o s tr u ct u r an d   m ec h a n ical  b e h av io r   o f   h u m a n   b o n e   r e m ai n s   s ig n if ica n t c h a llen g e .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h o r th o s is   d esig n   w a s   ca r ef u ll y   co n s id er ed   f o r   m ec h a n ica in teg r it y ,   u s i n g   t w o   p o l y m er   m a tr ices:   P L A   a n d   r P E T w i th   t w o   co m m er cial  b r an d s   f o r   ea ch .   T h ese  m ater ials   w er ch o s e n   f o r   th eir   af f o r d ab ilit y ,   av ailab ilit y ,   an d   s u i tab ilit y   b ased   o n   th e ir   p r o p er ti es.   T h DI C OM   d ata  is   i m p o r ted   in to   3 Sli ce r   w it h   th r es h o ld   v alu e s   s et  at  1 5 2   ( lo w er )   an d   2 , 9 2 3 . 6 0   ( u p p er )   f o r   b etter   b o n v is u aliza tio n .   Sl ic in g   a n d   s m o o t h in g   to o ls   ar u s ed   to   elim in ate  u n w a n ted   g eo m etr ies.  W h ile  s m o o t h i n g   d ea ls   w it h   tin y ,   in v is ib le  g eo m etr ies ,   s licer s   eli m i n ate  lar g er   ap p ar en g eo m etr y .   M A T L A B   Si m u latio n   is   u s ed   to   co r r ec o p e n   lo o p s   in   t h k n ee   j o in t th at  w er e   p r esen t d u r i n g   th co n v er s io n   f r o m   DI C OM   t o   ST L .   Af ter   i m p o r ti n g   th k n ee   j o i n ST L   f ile  i n to   M A T L A B   Si m u latio n ,   o r ien tatio n s   a r ch an g ed   to   g u ar a n tee  s m o o th   s u r f ac f i n is h ,   r ed u ce   s u p p o r t,  an d   in cr ea s ac cu r ac y .   T h p r in p ar a m eter s   i n cl u d t w o   s h ell s ,   2 0 h ex ag o n al  in f ill,  an d   0 . 2 0   m m   la y er   h ei g h t.  T h p r in to o k   f o u r   h o u r s   an d   t w en t y - s ix   m in u te s   w it h   s u p p o r ts   u s i n g   b io d eg r a d ab le  P L A .   T h f e m o r al,   tib ial,   an d   li n er   i m p la n ts   o f   t h 3 D - p r in ted   k n ee   j o in p r o to ty p ar s i m i lar l y   m ad o f   P L A   u s in g   3 FDM  p r in t er   w it h   0 . 2 0   m m   la y er   h ei g h t,  2 5 in f il l,  an d   t w o   s h ell s .   T h f e m u r   an d   li n er   to o k   2   h o u r s   to   p r in t,  w h ile  t h ti b ial  tr ay   to o k   6 0   m i n u tes.     3 . 1 .     3 - printe d kneebo ne  j o int   As  s h o w n   in   T ab le  5 ,   co m p ar is o n   o f   th te n s ile  p r o p er ties   o f   th m a ter ials   u s ed   in   th i s   s tu d y   w i th   th o s o f   n at u r al  h u m a n   b o n an d   3 D - p r in ted   k n ee b o n e   j o in ts   r ev ea ls   o n l y   m in o r   d if f er en ce s   in   en er g y   d is s ip atio n .   T o   en h an ce   t h p er f o r m a n ce   o f   3 D - p r in ted   k n ee b o n e   j o in ts ,   co m p o s ite  m ater ials   lik P L b len d ed   w it h   r ec y cled   r P E T   h av b ee n   u til ized ,   co m b i n ed   w it h   ad v a n ce d   p r in tin g   tec h n i q u es.  I n co r p o r atin g   b io ac tiv ce r a m ic s   o r   n an o m a ter ials   in to   th p r in tin g   p r o ce s s   ca n   f u r th er   i m p r o v m ec h a n ical  p r o p er ties   an d   b etter   m i m ic  th h ier ar ch ical  s tr u ctu r o f   n at u r al  b o n e.     Mo r eo v er ,   o p tim izi n g   p r i n t in g   p ar a m eter s s u c h   as  l a y er   th ic k n ess   a n d   o r ien ta tio n ca n   s ig n i f ica n tl y   i n f l u en ce   t h ten s ile  p r o p er ties   o f   th f i n al  p r in ted   p ar t.  T h ese  o n g o in g   d ev el o p m e n ts   p r o m i s to   cr ea te  m o r ef f ec ti v an d   d u r a b le  o r th o p ed ic   im p la n t s ,   u lti m atel y   i m p r o v in g   p atien o u tco m es  a n d   ad v an ci n g   th f ield   o f   b io m ed ical  e n g i n ee r in g .   T h te n s ile  p iece s   af te r   3 m o d elin g   w er an al y ze d   an d   p r o ce s s ed   f o r   p o lis h i n g   b y   m a k i n g   t h s u r f a ce   r o u g h n es s   at  4 . 3   m icr o m ete r s ,   to   an al y ze   t h ten s ile  tes t p r o ce s s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   s tr u ctu r a l m o d elli n g   o f p a tien t - s p ec ific 3 D - p r in t ed   kn ee   femu r   a n d   tib ia   … ( B o lu g o d d u   S a n d ee p )   581   T ab le  5 .   C o m p ar is o n s   o f   h u m an   b o n an d   3 - p r in ted   k n ee b o n e   j o in t   H u ma n   b o n e   p r o p e r t i e s   3 D   p r i n t e d   p r o p e r t i e s   T e n si l e   C o mp r e ssi v e   S h e a r   T e n si l e   C o mp r e ssi v e   S h e a r   1 5 0   M p a   2 5 0   M p a   4 5 0   M p a   1 4 0   M p a   2 5 0   M p a   3 0 0   M p a         T h s tep s   in v o l v ed   in   m o d eli n g   3 D - p r in ted   k n ee   f e m u r   a n d   tib ia  i m p la n ts   u s in g   P L a n d   r P E T   in   th p r o p o s ed   w o r k   ar e:   a.   Data   ac q u is it io n     MRI  s ca n s p atien t - s p ec i f ic  im ag in g   d ata  in   DI C OM   f o r m at  is   co llected .   MRI  s ca n s   ar e   o f ten   p r ef er r ed   f o r   h i g h er   r eso lu tio n   i n   ca p tu r i n g   b o n s tr u ct u r es.     Seg m en tatio n :   t h r eg io n s   o f   in ter est   ( e. g . ,   f e m u r   a n d   tib ia)   ar s eg m e n ted   u s i n g   s o f t w ar e,   u s i n g   A N SIS   an d   MA T L A B   to   is o late  t h b o n s tr u ct u r es.   b.   3 m o d el  cr ea tio n     T h r esh o ld in g   a n d   m a s k in g t h r es h o ld in g   v al u es  ar ad j u s t ed   to   f o cu s   o n   t h b o n ar ea s ,   an d   m as k s   ar e   cr ea ted   to   d ef in th b o u n d ar i es o f   th 3 m o d el s .     R eg io n   g r o w in g   an d   s u r f ac g en er atio n to o ls   A NSI an d   3 Vie w   ar u s ed   to   g en er ate  3 s u r f ac es  o f   th b o n es  f r o m   s e g m en ted   d at a.     No is r e m o v al to o ls   3 v ie w   an d   M A T L A B   ar u s ed   to   s m o o th   a n d   r ec tify   g eo m etr ic al  er r o r s   s u ch   as   o p en   lo o p s   an d   u n w a n ted   ar tifa cts.   c.   C u s to m iza tio n   a n d   i m p la n t d esig n     R ev er s e n g i n ee r i n g th n at u r al  cu r v a tu r o f   t h b o n es  is   ca p tu r ed ,   an d   ad j u s t m e n ts   ar m ad to   en s u r e   th i m p la n f it s   ac cu r atel y .   T o o l A NSI S i s   u s ed   f o r   d etailed   d esig n   alter atio n s .     Ma ter ial  ass i g n m e n t t h d en s it y   o f   co r tical  an d   ca n ce llo u s   b o n is   an al y ze d   to   d eter m in m ec h a n ical   p r o p er ti es.  J o in ts   k n ee   d ata  f r o m   M R I   s ca n s   i s   u s ed   to   s i m u late  m ater ial  c h ar ac ter is tic s .   d.   P r ep ar atio n   f o r   3 p r in tin g     C o n v er s io n   to   ST L : t h f i n aliz ed   3 m o d els ar co n v er ted   to   ST L   f o r m at  f o r   s licin g   a n d   3 p r in tin g .     Sli cin g   a n d   p r o ce s s   p ar a m eter s : to o l 3 s l icer   is   u s ed   to   s et  p ar am eter s : i)   l a y er   h eig h t :   0 . 2 0   m m   f o r   P L A,   ii)  i n f ill  p atter n h ex a g o n a i n f ill  i s   u s ed   f o r   li g h t w ei g h t   s tr en g t h ,   ar o u n d   2 0 2 5 %,  an d   iii)  s u p p o r s tr u ct u r es : a d d ed   to   en s u r s ta b ilit y   d u r i n g   p r in tin g .   e.   3 P r in tin g     Ma ter ial  s elec tio n P L A ,   a   b io d eg r ad ab le  p o ly m er ,   an d   r P E T ,   r ec y cled   m ater ia l,  ar u s ed   f o r   en v ir o n m e n tal l y   f r ien d l y   an d   b io co m p atib le  p r in ti n g .     P r in tin g   p r o ce s s t h m o d els   ar p r in ted   u s i n g   FDM  p r in ter s .   P ar am eter s   s u ch   a s   p r in tin g   s p ee d   an d   te m p er atu r ar o p t i m ized   f o r   m ater ial  t y p e.     P o s t - p r o ce s s in g s u p p o r s tr u ctu r es  ar r em o v ed ,   an d   th p r in ted   s u r f ac e s   ar clea n ed   an d   p o lis h ed   to   en s u r s m o o t h   f i n i s h .   f.   Ver if icatio n   an d   test in g     Di m e n s io n al  ac cu r ac y th p r in ted   i m p la n ts   ar co m p ar ed   ag ain s t h o r ig in al  C A d es ig n s   to   en s u r e   ac cu r ac y .     Me ch an ical  test i n g i m p la n t s   ar test ed   f o r   s tr en g t h   an d   f l ex ib ilit y   to   en s u r th e y   m ee t   b io m ec h an ica l   r eq u ir e m en ts .     P r o to ty p in g   an d   ass e m b l y th e   f e m u r ,   tib ial  tr ay ,   an d   lin er   ar test ed   in   ass e m b l y   to   co n f ir m   co m p a tib ilit y   an d   f u n ct io n alit y .   g.   C li n ical  co n s id er atio n s     C u s to m iza tio n : p atie n t - s p ec i f i f ac to r s ,   s u c h   as b o n m o r p h o lo g y ,   ar ac co u n ted   f o r   d u r i n g   d esig n .     Su r g ical  ad ap tab ilit y : i m p lan ts   ar d esig n ed   to   ea s s u r g ical  p r o ce d u r es lik T KA .   T h is   ap p r o ac h   en a b les  t h cr ea tio n   o f   c u s to m ized ,   co s t - e f f ec tiv e,   a n d   en v ir o n m e n tall y   s u s tai n ab le   k n ee   i m p la n ts .   T h f e m u r   a n d   tib ia  ar ea ch   d iv id ed   i n to   f o u r   d is ti n ct  r eg io n s F1   to   F4   f o r   th f e m u r   a n d   T 1   to   T 4   f o r   th tib ia,   w i th   F1   an d   T 1   r e p r esen tin g   th m o s p r o x i m a r eg io n s   a n d   F4   an d   T 4   th m o s d i s tal Data   f r o m   t h s ca n s   in cl u d ed   m ea s u r e m e n ts   f r o m   t h en tir d is tal  f e m u r ,   th e n tire   p r o x i m al  tib ia,   an d   th e   s u b ch o n d r al  r eg io n s   o f   b o th   th f e m u r   an d   tib ia.     T o   p er f o r m   t h m o d eli n g   o f   th p r o p o s ed   k n ee   j o in p r o ce s s ,   as  s h o w n   in   F i g u r e s   3 ( a) - ( c) ,   th C T   o r   NM R   s ca n s   o f   4 2 - y ea r - o ld   w o m an   w it h   lef k n ee   o s teo ar th r itis   ca p tu r i m a g es  o f   t h d is ea s s ite,   w h ic h   ar th en   i m p o r ted .   T h co r r ec o r i en tatio n   i s   s elec ted   d u r i n g   t h e   i m p o r p r o ce s s .   A s   s h o w n   i n   Fig u re   3 ( d ) ,   f o r   th e   3 m o d el,   th r es h o ld   s e g m en t atio n   is   ap p lied ,   an d   d is co n n e cted   r eg io n s   ar f u r th er   d i v id e d   in to   s u b g r o u p s   to   cr ea te  n e w   m as k .   T h s o f ti s s u s ite   is   m ar k ed   as  t h s tar t in g   p o in t,  a n d   th e   en d p o in is   id en ti f ied   o n ce   t h e   lin p en etr ate s   th b o n e,   g en e r atin g   a n   i n ten s it y   i n ter f ac wh er th p r o m i n en ar ea   r ep r e s en t s   th t h r es h o ld .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   575 - 5 8 6   582   T h s eg m en ted   DI C OM   f ile  i s   m ad i n to   in d i v id u a s ta n d ar d   tr ian g u latio n   lan g u ag ( ST L )   f iles   a s   s h o w n   i n   F ig u r e s   3 ( a) - ( d ) .   Af ter   t h r esh o ld   s e g m en ta tio n ,   th i m ag e s   w er p r o ce s s ed   w i th   m o r p h o lo g ica o p er atio n   to   r em o v e   s m al b u r r s   an d   eli m i n ate  f lo atin g   p ix els  t h r o u g h   r eg io n   g r o w i n g .   T h m et h o d   c alcu late  3 m o d els  is   f o r   3 D   r ec o n s tr u ctio n ,   a n d   th e   i m p la n m o d el  w as   s m o o th ed   a n d   d en o is ed   f o r   o p ti m izatio n   t h ti b ial  i m p la n m o d e l   w a s   th e n   i m p o r ted   in to   th S T L   ed ito r   f o r   g r id   r ep ai r ,   d en o is in g ,   s m o o t h i n g ,   a n d   b o n cu tti n g   s i m u latio n ,   w it h   t h cu tti n g   lin e.   T h tib ial  im p la n b o n e - c u tt in g   m o d el  w a s   i m p o r ted   in to   MA T L A B   s o f t w ar f o r   f o r w ar d   d esi g n .   T h i m p la n t   m o d el  w a s   s elec ted   b ased   o n   th b o n c u tti n g   s u r f ac e,   a n d   its   co m p o n e n t s   ( s te m ,   w i n g ,   p late,   g r o o v e,   an d   ar ticu lar   s u r f ac e)   w er ad j u s ted   to   f it th tib ial  s u r f ac e.             ( a)     ( b )     ( c)   ( d )       Fig u r 3 3 m o d el  v i s u aliza ti o n   o f   in d i v id u al  ST L   f ile s   o f   k n ee   f o r   p r o p o s ed   m o d el  i m p le m en tatio n     ( a)   f e m u r ,   ( b )   tib ia,   ( c )   f ib u la,   an d   ( d )   f e m u r ,   tib ia,   an d   f ib u l a       Kn ee   j o in r esectio n   is   s tan d ar d ized   in to   th r ee   s izes  b ased   o n   f e m o r al  g eo m etr y   at  th r es ec tio n   s ite.   T h A - P   len g t h   o f   th e   f e m u r ,   s h o w n   i n   Fi g u r es  4 ( a)   an d   ( b ) ,   m ea s u r es  5 3 . 3 5 1   m m   m ed ial l y   a n d   5 6 . 7 9 6   m m   later all y ,   av er a g in g   5 5 . 0 7 2   m m ,   w h ic h   clas s if ies  it  as  s m all .   W h en   th tib io f e m o r al  an g le ,   o r   k n ee   an g le, ”  is   at  6 °  v a lg u s ,   th e   k n ee   ali g n s   n eu tr all y .   Fe m u r   cu tt in g   f o llo ws  t h i n tr a m ed u llar y   r ef er e n ce   s y s te m ,   g u id ed   b y   th m ed u llar y   ca n al,   ali g n i n g   w it h   t h an ato m ical  ax i s .   T h is   g u id is   an g led   at  ap p r o x im atel y   6 °  b et w ee n   an ato m ica l a n d   m ec h a n ical  a x es.  T h d is tal  f e m u r   cu t d ep th   is   9   m m .   Fo r   its   s m all  s ize,   th a v er ag b o n r esectio n   th ic k n e s s   i s   6 . 5   m m   f o r   d is tal  m ed ial  an d   later al   s ec tio n s ,   an d   5 . 9   m m   an d   5 . 8   m m   f o r   p o s ter io r   m ed ial  a n d   later al  s ec tio n s ,   r e s p ec tiv el y .   T h ese  d etails  ar e   illu s tr ated   in   Fi g u r 4 ( c) .   W ith   p ar allel  m ec h a n ical  an d   an ato m ica ax es,  t h tib ia  is   cu at  0 °  an g le.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       Desig n   a n d   s tr u ctu r a l m o d elli n g   o f p a tien t - s p ec ific 3 D - p r in t ed   kn ee   femu r   a n d   tib ia   … ( B o lu g o d d u   S a n d ee p )   583   R e m o v i n g   1 1   m m   o f   tib ial  b o n m ai n tai n s   t h j o in lin e,   all o w i n g   f o r   an   1 1   m m   p o l y et h y l en lin er   p lace m e n t   in s tead   o f   9   m m ,   as  s ee n   i n   Fi g u r 4 ( d ) .   T ab le   6   s h o w s   t h p er ce n tag v alu e s   o f   s tr ai n T   f o r   all  T   an d   ac r o s s   d if f er en attac h m e n s ite   co m b i n atio n s .   T h F2 - T 1   co m b in at io n   g e n er all y   r es u lted   in   th lo w est  s tr ai n T ,   w it h   t w o   ca s es  t y in g   w ith     F1 - T 1 .   H o w ev er ,   in   th r ee   ca s es,  d if f er en co m b in a tio n   p r o d u ce d   th lo w e s s tr ai n T ,   w i th   n o   clea r   p atter n   id en ti f ied .   A s   n o   s i n g le  co m b in at io n   co n s i s te n tl y   m i n i m i ze d   s tr ain T ,   th f ir s h y p o th esi s   w a s   f u r t h er   an al y ze d .   T h r an g e,   m ea n ,   an d   s ta n d ar d   d ev iatio n   o f   s t r ain T   f o r   ea ch   co m b in atio n   w er ca lc u lated   to   id en ti f y   t h m o s t e f f ec ti v s i te ,   as d etailed   in   T ab le  6 .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 4 .   3 d esig n   o f   p atie n t - s p ec i f ic  i m p lan t o f   to tal  k n ee   j o in t ,   ( a)   a n aly s is   o f   d is tal  f e m u r   s ca n   ( b )   a n aly s i s   o f   p r o x i m al  t ib ia  s ca n ,   ( c)   f e m u r ,   ( d )   t ib ia       T ab le  6 .   Har d n ess   v alu e s   A t t a c h me n t   s i t e   c o m b i n a t i o n   R a n g e   o f   st r a i n T   M e a n   o f   st r a i n T   S t a n d a r d   d e v i a t i o n   F1 - T1   2 4 . 6 3 1 . 9   1 7 . 4   9 . 5   F1 - T2   2 5 . 4 3 1 . 8   1 7 . 9   9 . 5   F1 - T3   2 5 . 6 4 0 . 0   2 1 . 7   14   F2 - T1   1 3 . 9 2 1 . 8   1 3 . 7   7   F2 - T2   2 7 . 4 3 1 . 0   1 8 . 3   9 . 8   F2 - T3   2 9 . 7 40   22   1 1 . 7   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  14 ,   No .   2 J u l y   20 25 :   575 - 5 8 6   584   4.   CO NCLU SI O N   T h tib ial  im p la n is   d esi g n ed   u s i n g   co m b in atio n   o f   r ev er s an d   f o r w ar d   m et h o d s ,   w it h   p ar am etr i c   o p tim izatio n   to   m i n i m ize  s t r ess   co n ce n tr at io n   an d   en s u r o p tim al  f o r ce   d is tr ib u tio n .   T h o p tim ized     3D - m o ld ed   tib ial  i m p la n s h o w s   e x ce lle n q u ali t y ,   w i th   a   s m o o th   s u r f ac e,   n o   b u c k li n g   d ef o r m at io n ,   an d   m i n i m al  ad h er i n g   s lag .   W h ile   th i m p lan m ee t s   s tr e n g t h   r e q u ir e m e n ts ,   it s   h ig h   elas ticit y   m o d u l u s   h as  to   b ad d r ess ed   th r o u g h   h ea tr ea t m en i n   f u tu r s t u d ies.  F u r th er   r esear ch   i s   n ee d ed   to   r e f in e   p ar a m etr ic  m o d eli n g ,   s tr u ct u r al  ad d itiv e   m e th o d s ,   an d   S L p r o ce s s   p ar a m e ter s ,   p av i n g   th w a y   f o r   d ir ec tl y   m a n u f ac t u r in g   p er s o n alize d   k n ee   i m p la n ts .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   A .   H e d g e H e a l t h c a r e   3 D   P r i n t i n g   M a r k e t   2 0 1 8   P r o mi n e n t   P l a y e r s - A p r e c i a   P h a r m a c e u t i c a l s,  A sp e c t   B i o sy st e ms,  B i o   3 D   T e c h n o l o g i e s,  B i o b o t s ,   C y f u se   B i o m e d i c a l ,   D i g i l a b ,   3   D y n a mi c S y st e ms,  E n v i s i o n   T e c ,   L u x e x c e l ,   M a t e r i a l i s e   N V ,   N a n o   3 D   B i o sc i e n c e s,  O c e a n z ,   O r g a n o v o   H o , ”  o p e n PR ,   2 0 1 8 .   [ 2 ]   C .   L .   V e n t o l a ,   M e d i c a l   a p p l i c a t i o n s   f o r   3 D   p r i n t i n g :   c u r r e n t   a n d   p r o j e c t e d   u se s,   P h a rm a c y   a n d   T h e r a p e u t i c s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   1 0 ,   p p .   7 0 4 7 1 1 ,   2 0 1 4 .   [ 3 ]   D .   B .   Jo n e s,  R .   S u n g ,   C .   W e i n b e r g ,   T .   K o r e l i t z ,   a n d   R .   A n d r e w s,  T h r e e - d i me n s i o n a l   mo d e l i n g   may   i mp r o v e   su r g i c a l   e d u c a t i o n   a n d   c l i n i c a l   p r a c t i c e ,   S u rg i c a l   I n n o v a t i o n ,   v o l .   2 3 ,   n o .   2 ,   p p .   1 8 9 1 9 5 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 1 5 5 3 3 5 0 6 1 5 6 0 7 6 4 1 .   [ 4 ]   M .   I .   M o h a mm e d ,   A .   P .   F i t z p a t r i c k ,   S .   K .   M a l y a l a ,   a n d   I .   G i b so n ,   C u st o mi se d   d e si g n   a n d   d e v e l o p me n t   o f   p a t i e n t   sp e c i f i c   3 D   p r i n t e d   w h o l e   man d i b l e   i mp l a n t ,   i n   Pr o c e e d i n g s   o f   t h e   2 7 t h   A n n u a l   I n t e r n a t i o n a l   S o l i d   Fr e e f o rm   F a b r i c a t i o n   S y m p o si u m A u st i n ,   T X ,   U S A ,   A u g u st   2 0 1 6 .   [ 5 ]   D .   C .   A c k l a n d ,   D .   R o b i n so n ,   M .   R e d h e a d ,   P .   V .   S .   L e e ,   A .   M o sk a l j u k ,   a n d   G .   D i mi t o u l i s ,   A   p e r so n a l i z e d   3 D - p r i n t e d   p r o st h e t i c   j o i n t   r e p l a c e me n t   f o r   t h e   h u m a n   t e mp o r o man d i b u l a r   j o i n t :   F r o i mp l a n t   d e si g n   t o   i mp l a n t a t i o n ,   J o u rn a l   o f   t h e   Me c h a n i c a l   Be h a v i o o f   Bi o m e d i c a l   Ma t e r i a l s ,   v o l .   6 9 ,   p p .   4 0 4 4 1 1 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j m b b m . 2 0 1 7 . 0 1 . 0 4 8 .   [ 6 ]   K .   P h a n ,   A .   S g r o ,   M .   M .   M a h a r a j ,   P .   D U r so ,   a n d   R .   J.   M o b b s ,   A p p l i c a t i o n   o f   a   3 D   c u s t o p r i n t e d   p a t i e n t   sp e c i f i c   sp i n a l   i mp l a n t   f o r   C 1 / 2   a r t h r o d e si s ,   J o u r n a l   o f   S p i n e   S u r g e ry ,   v o l .   2 ,   n o .   4 ,   p p .   3 1 4 3 1 8 ,   2 0 1 6 .   [ 7 ]   L .   E.   D i me n t ,   M .   S .   T h o m p so n ,   a n d   J.   H .   M .   B e r g man n ,   C l i n i c a l   e f f i c a c y   a n d   e f f e c t i v e n e ss o f   3 D   p r i n t i n g :   a   sy st e mat i c   r e v i e w ,   B M J   O p e n ,   v o l .   7 ,   n o .   1 2 ,   a r t i c l e   e 0 1 6 8 9 1 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 6 / b m j o p e n - 2 0 1 7 - 0 1 6 8 9 1 .   [ 8 ]   J.  G a r c i a ,   Z .   Y a n g ,   R .   M o n g r a i n ,   R .   L .   L e a sk ,   a n d   K .   L a c h a p e l l e ,   3 D   p r i n t i n g   ma t e r i a l a n d   t h e i r   u se   i n   me d i c a l   e d u c a t i o n :   a   r e v i e w   o f   c u r r e n t   t e c h n o l o g y   a n d   t r e n d f o r   t h e   f u t u r e ,   B MJ   S i m u l a t i o n   a n d   T e c h n o l o g y   E n h a n c e d   L e a rn i n g ,   v o l .   4 ,   n o .   1 ,   p p .   27 4 0 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 6 / b mj s t e l - 2 0 1 7 - 0 0 0 2 3 4 .   [ 9 ]   R .   J.   M o n d s c h e i n ,   A .   K a n i t k a r ,   C .   B .   W i l l i a ms,  S .   S .   V e r b r i d g e ,   a n d   T .   E.   L o n g ,   P o l y m e r   st r u c t u r e - p r o p e r t y   r e q u i r e me n t f o r   st e r e o l i t h o g r a p h i c   3 D   p r i n t i n g   o f   so f t   t i ssu e   e n g i n e e r i n g   s c a f f o l d s,”   Bi o m a t e ri a l s ,   v o l .   1 4 0 ,   p p .   1 7 0 1 8 8 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . b i o mat e r i a l s.2 0 1 7 . 0 6 . 0 0 5 .   [ 1 0 ]   W .   Z h u ,   X .   M a ,   M .   G o u ,   D .   M e i ,   K .   Z h a n g ,   a n d   S .   C h e n ,   3 D   p r i n t i n g   o f   f u n c t i o n a l   b i o ma t e r i a l f o r   t i ss u e   e n g i n e e r i n g ,   C u rr e n t   O p i n i o n   i n   Bi o t e c h n o l o g y ,   v o l .   4 0 ,   p p .   1 0 3 1 1 2 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o p b i o . 2 0 1 6 . 0 3 . 0 1 4 .   [ 1 1 ]   A S T M ,   S t a n d a rd   T e c h n o l o g y   f o A d d i t i v e   M a n u f a c t u ri n g -   G e n e r a l   Pr i n c i p l e s/ T e rm i n o l o g y ,   AS T I S O / A S T M   5 2 9 0 0 :   2 0 1 5   ( E) W e st   C o n s h o h o c k e n ,   P A ,   U S A ,   2 0 1 5 .   [ 1 2 ]   H .   J.   C h e n   a n d   M .   G a r i e l ,   r o a d m a p   f r o m   I d e a   t o   I m p l e m e n t a t i o n 3 D   Pri n t i n g   f o r   Pre - S u rg i c a l   A p p l i c a t i o n s ,   C r e a t e S p a c e   I n d e p e n d e n t   P u b l i s h i n g   P l a t f o r m,  S c o t t V a l l e y ,   C A ,   U S A ,   1 st   e d i t i o n ,   2 0 1 2 .   [ 1 3 ]   A .   C o h e n ,   A .   L a v i v ,   P .   B e r man ,   R .   N a sh e f ,   a n d   J.  A b u - T a i r ,   M a n d i b u l a r   r e c o n st r u c t i o n   u si n g   st e r e o l i t h o g r a p h i c   3 - d i me n si o n a l   p r i n t i n g   mo d e l i n g   t e c h n o l o g y ,   O ra l   S u r g e ry,   O ra l   Me d i c i n e ,   O ra l   P a t h o l o g y ,   O ra l   Ra d i o l o g y ,   a n d   E n d o d o n t o l o g y ,   v o l .   1 0 8 ,   n o .   5 ,   p p .   6 6 1 6 6 6 ,   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . t r i p l e o . 2 0 0 9 . 0 5 . 0 2 3 .   [ 1 4 ]   D .   W h i t l e y ,   R .   S .   Ei d so n ,   I .   R u d e k ,   a n d   S .   B e n c h a r i t ,   I n - o f f i c e   f a b r i c a t i o n   o f   d e n t a l   i m p l a n t   s u r g i c a l   g u i d e u si n g   d e sk t o p   st e r e o l i t h o g r a p h i c   p r i n t i n g   a n d   i mp l a n t   t r e a t me n t   p l a n n i n g   so f t w a r e :   a   c l i n i c a l   r e p o r t ,   J o u rn a l   o f   Pr o s t h e t i c   D e n t i st r y ,   v o l .   1 1 8 ,   n o .   3 ,   p p .   2 5 6 2 6 3 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o sd e n t . 2 0 1 6 . 1 0 . 0 1 7 .   [ 1 5 ]   H .   D o d z i u k ,   A p p l i c a t i o n   o f   3 D   p r i n t i n g   i n   h e a l t h c a r e ,   K a r d i o c h i ru rg i a   i   T o ra k o c h i r u rg i a   P o l sk a ,   v o l .   1 3 ,   n o .   3 ,   p p .   2 8 3 2 9 3 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 5 1 1 4 / k i t p . 2 0 1 6 . 6 2 6 2 5 .   [ 1 6 ]   D .   I b r a h i m   e t   a l . ,   D i me n s i o n a l   e r r o r   o f   se l e c t i v e   l a se r   si n t e r i n g ,   t h r e e - d i me n s i o n a l   p r i n t i n g   a n d   P o l y J e t   mo d e l i n   t h e   r e p r o d u c t i o n   o f   m a n d i b u l a r   a n a t o m y ,   J o u rn a l   o f   C ra n i o - M a x i l l o f a c i a l   S u r g e r y ,   v o l .   3 7 ,   n o .   3 ,   p p .   1 6 7 1 7 3 ,   2 0 0 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c ms. 2 0 0 8 . 1 0 . 0 0 8 .   [ 1 7 ]   " O u r   3 D   P r i n t e r s" .   S t ra t a S y s .   O n l i n e .   [ A v a i l a b l e ] :   h t t p s: / / w w w . s y s - u k . c o m/ n e w s/ 3 d - p r i n t e d - su r g i c a l - g u i d e s - a n d d e n t a l -   i m p l a n t s/ .   [ 1 8 ]   J.  S .   M a t su mo t o   e t   a l . ,   T h r e e d i me n si o n a l   p h y si c a l   mo d e l l i n g :   a p p l i c a t i o n a n d   e x p e r i e n c e   a t   may o   c l i n i c ,   Ra d i o G ra p h i c s ,   v o l .   3 5 ,   n o .   7 ,   p p .   1 9 8 9 2 0 0 6 ,   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 8 / r g . 2 0 1 5 1 4 0 2 6 0 .   [ 1 9 ]   M e d t r o n i c   c a se   s t u d y ,   C u st o m s u r g i c a l   i n st r u me n t b e c o mi n g   w o r k i n g   p r o t o t y p e s u si n g   F D M   3 D   p r i n t i n g   t e c h n o l o g y .     [ 2 0 ]   K .   S .   T a n a k a   a n d   N .   L i g h t d a l e - M i r i c ,   A d v a n c e i n   3 d - p r i n t e d   p e d i a t r i c   p r o st h e se f o r   u p p e r   e x t r e mi t y   d i f f e r e n c e s,”   J o u r n a l   o f   Bo n e   a n d   J o i n t   S u r g e r y ,   v o l .   9 8 ,   n o .   1 5 ,   p p .   1 3 2 0 1 3 2 6 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 2 1 0 6 / j b j s. 1 5 . 0 1 2 1 2 .   [ 2 1 ]   S .   L .   S i n g ,   J.   A n ,   W .   Y .   Y e o n g ,   a n d   F .   E.   W i r i a ,   L a se r   a n d   e l e c t r o n   b e a p o w d e r - b e d   a d d i t i v e   ma n u f a c t u r i n g   o f   me t a l l i c   i mp l a n t s:   a   r e v i e w   o n   p r o c e s se s ,   m a t e r i a l s   a n d   d e s i g n s ,   J o u r n a l   o f   O r t h o p a e d i c   R e s e a r c h ,   v o l .   3 4 ,   n o .   3 ,   p p .   3 6 9 3 8 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / j o r . 2 3 0 7 5 .     [ 2 2 ]   F .   A u r i c c h i o   a n d   S .   M a r c o n i ,   3 D   p r i n t i n g :   c l i n i c a l   a p p l i c a t i o n s   i n   o r t h o p a e d i c a n d   t r a u mat o l o g y ,   EFO RT  O p e n   Re v i e w s ,   v o l .   1 ,   n o .   5 ,   p p .   1 2 1 1 2 7 ,   2 0 1 6 1 0 . 1 3 0 2 / 2 0 5 8 - 5 2 4 1 . 1 . 0 0 0 0 1 2 .   [ 2 3 ]   C .   G .   H e l g u e r o   e t   a l . ,   B i o me c h a n i c a l   p r o p e r t i e o f   3 D - p r i n t e d   b o n e   sc a f f o l d a r e   i mp r o v e d   b y   t r e a t me n t   b y   C R F P ,   J o u r n a l   o f   O rt h o p a e d i c   S u rg e ry   a n d   R e a s e a r c h ,   v o l .   1 2 ,   n o .   1 ,   p .   1 9 5 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 8 6 / s 1 3 0 1 8 - 0 1 7 - 0 7 0 0 - 2 .   [ 2 4 ]   M .   A sad i - Ed y v a n d ,   M .   S o l a t i - H a s j i n ,   A .   F a r z a d ,   a n d   N .   A .   A .   O sman ,   Ef f e c t   o f   t e c h n i c a l   p a r a me t e r o n   p o r o u st r u c t u r e   a n d   st r e n g t h   o f   3 D   p r i n t e d   c a l c i u s u l f a t e   p r o t o t y p e s,”   Ro b o t i c s   a n d   C o m p u t e r - I n t e g r a t e d   M a n u f a c t u ri n g ,   v o l .   3 7 ,   p p .   5 7 6 7 ,   2 0 1 5 d o i :   10 . 1 0 1 6 / j . r c i m. 2 0 1 5 . 0 6 . 0 0 5 .   [ 2 5 ]   M .   S .   M a n n o o r   e t   a l . ,   3 D   p r i n t e d   b i o n i c   e a r s,”   N a n o   L e t t e rs ,   v o l .   1 3 ,   n o .   6 ,   p p .   2 6 3 4 2 6 3 9 ,   2 0 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 1 / n l 4 0 0 7 7 4 4 .   [ 2 6 ]   M .   V u k i e v i c ,   B .   M o sad e g h ,   J .   K .   M i n ,   a n d   S .   H .   L i t t l e ,   C a r d i a c   3 D   p r i n t i n g   a n d   i t s   f u t u r e   d i r e c t i o n s,”   J AC C :   C a rd i o v a sc u l a r   I m a g i n g ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 1 1 8 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c mg . 2 0 1 6 . 1 2 . 0 0 1 .   [ 2 7 ]   D .   S .   C .   S o o n ,   M .   P .   C h a e ,   C .   H .   C .   P i l g r i m,  W .   M .   R o z e n ,   R .   T .   S p y c h a l ,   a n d   D .   J.   H u n t e r - S mi t h ,   3 D   h a p t i c   mo d e l l i n g   f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.