Caracterización mecánica y modelado numérico de andamios de Ti6Al4V en forma de giroide y diamante basados en TPMS para implantes óseos: un enfoque integrado para consideraciones de traducción
Autores: Naghavi, Seyed Ataollah; Tamaddon, Maryam; Marghoub, Arsalan; Wang, Katherine; Babamiri, Behzad Bahrami; Hazeli, Kavan; Xu, Wei; Lu, Xin; Sun, Changning; Wang, Liqing; Moazen, Mehran; Wang, Ling; Li, Dichen; Liu, Chaozong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Caracterización mecánica y modelado numérico de andamios de Ti6Al4V en forma de giroide y diamante basados en TPMS para implantes óseos: un enfoque integrado para consideraciones de traducción
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Manufactura aditiva
Diseños de andamios
Propiedades mecánicas
Biomateriales metálicos porosos
Estructuras de superficie mínima triplemente periódicas
Método de elementos finitos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
La fabricación aditiva se ha utilizado para desarrollar una variedad de diseños de andamios para aplicaciones clínicas e industriales. Las propiedades mecánicas (es decir, compresión, tensión, flexión y respuesta a la torsión) de estos andamios son significativamente importantes para los implantes ortopédicos que soportan cargas. En este estudio, diseñamos y fabricamos aditivamente biomateriales metálicos porosos basados en dos tipos diferentes de estructuras de superficie mínima periódica triple (es decir, giroide y diamante) que imitan las propiedades mecánicas del hueso, como la porosidad, rigidez y resistencia. Las propiedades físicas y mecánicas, incluidas la rigidez y la resistencia a la compresión, tracción, flexión y torsión de los andamios desarrollados, fueron caracterizadas experimental y numéricamente utilizando el método de elementos finitos. El grosor de la lámina fue constante en 300 m, y el tamaño de la celda unitaria se varió para generar diferentes tamaños de poro y porosidades. Los andamios giroide tenían un tamaño de poro en el rango de 600-1200 m y una porosidad en el rango de 54-72%, respectivamente. Los valores correspondientes para el diamante eran de 900-1500 m y 56-70%. Ambos tipos de estructuras fueron validados experimentalmente, y se predijeron una amplia gama de propiedades mecánicas (incluyendo rigidez y resistencia a la fluencia) utilizando el método de elementos finitos. La rigidez y la resistencia de ambas estructuras son comparables a las del hueso cortical, reduciendo así los riesgos de fallo del andamio. Los resultados demuestran que los andamios desarrollados imitan las propiedades físicas y mecánicas del hueso cortical y pueden ser adecuados para reemplazos óseos e implantes ortopédicos. Sin embargo, se debe elegir un diseño óptimo en función de los requisitos de rendimiento específicos.
Descripción
La fabricación aditiva se ha utilizado para desarrollar una variedad de diseños de andamios para aplicaciones clínicas e industriales. Las propiedades mecánicas (es decir, compresión, tensión, flexión y respuesta a la torsión) de estos andamios son significativamente importantes para los implantes ortopédicos que soportan cargas. En este estudio, diseñamos y fabricamos aditivamente biomateriales metálicos porosos basados en dos tipos diferentes de estructuras de superficie mínima periódica triple (es decir, giroide y diamante) que imitan las propiedades mecánicas del hueso, como la porosidad, rigidez y resistencia. Las propiedades físicas y mecánicas, incluidas la rigidez y la resistencia a la compresión, tracción, flexión y torsión de los andamios desarrollados, fueron caracterizadas experimental y numéricamente utilizando el método de elementos finitos. El grosor de la lámina fue constante en 300 m, y el tamaño de la celda unitaria se varió para generar diferentes tamaños de poro y porosidades. Los andamios giroide tenían un tamaño de poro en el rango de 600-1200 m y una porosidad en el rango de 54-72%, respectivamente. Los valores correspondientes para el diamante eran de 900-1500 m y 56-70%. Ambos tipos de estructuras fueron validados experimentalmente, y se predijeron una amplia gama de propiedades mecánicas (incluyendo rigidez y resistencia a la fluencia) utilizando el método de elementos finitos. La rigidez y la resistencia de ambas estructuras son comparables a las del hueso cortical, reduciendo así los riesgos de fallo del andamio. Los resultados demuestran que los andamios desarrollados imitan las propiedades físicas y mecánicas del hueso cortical y pueden ser adecuados para reemplazos óseos e implantes ortopédicos. Sin embargo, se debe elegir un diseño óptimo en función de los requisitos de rendimiento específicos.