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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

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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


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.

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