Diseño y Pruebas Mecánicas de Lattices Jerárquicos Impresos en 3D Usando Estereolitografía Biocompatible
Autores: Moniruzzaman, Md; O"Neal, Christopher; Bhuiyan, Ariful; Egan, Paul F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Diseño y Pruebas Mecánicas de Lattices Jerárquicos Impresos en 3D Usando Estereolitografía Biocompatible
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Tecnologías de impresión 3D
Materiales biocompatibles
Estereolitografía
Pruebas mecánicas
Módulos elásticos
Jerarquía de estructuras reticuladas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Las tecnologías emergentes de impresión 3D están permitiendo la fabricación rápida de diseños complejos con propiedades favorables, como estructuras de celosía mecánicamente eficientes para aplicaciones biomédicas. Sin embargo, existe una falta de materiales biocompatibles adecuados para imprimir celosías complejas construidas a partir de celdas unitarias basadas en vigas. Aquí, investigamos el diseño y la mecánica de celosías biocompatibles fabricadas con estereolitografía rentable. Los experimentos de pruebas mecánicas incluyen la caracterización del material, celosías reescaladas con diferentes números de celdas unitarias, alteraciones de topología y jerarquía. Las celosías se imprimieron consistentemente con una porosidad de entre el 5% y el 10% menor de lo previsto. Los módulos elásticos para topologías de cubos centrados en el cuerpo con un 70% de porosidad variaron de 360 MPa a 135 MPa, con celosías que presentaron módulos elásticos disminuidos a medida que aumentaba el número de celdas unitarias. Los módulos elásticos variaron de 101 MPa a 260 MPa según la topología de la celda unitaria, con un aumento en los módulos elásticos cuando una mayor proporción de vigas estaba alineada con la dirección de carga. La jerarquía proporcionó grandes poros para mejorar el transporte de nutrientes y disminuyó mínimamente los módulos elásticos de la celosía para una celosía de andamiaje de tejido fabricada con una rigidez de 7.72 kN/mm que es adecuada para la fusión ósea. Los resultados demuestran la viabilidad mecánica de la estereolitografía biocompatible y proporcionan una base para futuras investigaciones sobre bloques de construcción de celosías para diversos diseños impresos en 3D.
Descripción
Las tecnologías emergentes de impresión 3D están permitiendo la fabricación rápida de diseños complejos con propiedades favorables, como estructuras de celosía mecánicamente eficientes para aplicaciones biomédicas. Sin embargo, existe una falta de materiales biocompatibles adecuados para imprimir celosías complejas construidas a partir de celdas unitarias basadas en vigas. Aquí, investigamos el diseño y la mecánica de celosías biocompatibles fabricadas con estereolitografía rentable. Los experimentos de pruebas mecánicas incluyen la caracterización del material, celosías reescaladas con diferentes números de celdas unitarias, alteraciones de topología y jerarquía. Las celosías se imprimieron consistentemente con una porosidad de entre el 5% y el 10% menor de lo previsto. Los módulos elásticos para topologías de cubos centrados en el cuerpo con un 70% de porosidad variaron de 360 MPa a 135 MPa, con celosías que presentaron módulos elásticos disminuidos a medida que aumentaba el número de celdas unitarias. Los módulos elásticos variaron de 101 MPa a 260 MPa según la topología de la celda unitaria, con un aumento en los módulos elásticos cuando una mayor proporción de vigas estaba alineada con la dirección de carga. La jerarquía proporcionó grandes poros para mejorar el transporte de nutrientes y disminuyó mínimamente los módulos elásticos de la celosía para una celosía de andamiaje de tejido fabricada con una rigidez de 7.72 kN/mm que es adecuada para la fusión ósea. Los resultados demuestran la viabilidad mecánica de la estereolitografía biocompatible y proporcionan una base para futuras investigaciones sobre bloques de construcción de celosías para diversos diseños impresos en 3D.