Predicción in silico del comportamiento mecánico de andamios gyroides uniformes afectados por sus parámetros de diseño para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos
Autores: N. Musthafa, Haja-Sherief; Walker, Jason; Rahman, Talal; Bjørkum, Alvhild; Mustafa, Kamal; Velauthapillai, Dhayalan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Predicción in silico del comportamiento mecánico de andamios gyroides uniformes afectados por sus parámetros de diseño para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Superficies mínimas periódicas triangulares
Ingeniería de tejidos óseos
Propiedades mecánicas
Parámetros geométricos
Andamios
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Debido a sus excelentes propiedades, las superficies minimales triplemente periódicas (TPMS) se han aplicado para diseñar andamios para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos. Predecir la respuesta mecánica de los andamios óseos en diferentes condiciones de carga es vital para diseñar los andamios. Las propiedades mecánicas óptimas pueden lograrse ajustando sus parámetros geométricos para imitar las propiedades mecánicas del hueso natural. En este estudio, diseñamos andamios giroideos de diferentes tamaños de poro y viga específicos del usuario utilizando un método combinado de TPMS y campo de distancia firmado (SDF) para obtener arquitecturas y porosidades variables. Los andamios diseñados se convirtieron en varias mallas como superficie, volumen y mallas de volumen de elementos finitos (FE) para crear modelos de FE con diferentes condiciones de frontera y carga. Los andamios diseñados bajo carga compresiva fueron evaluados numéricamente utilizando un método de elementos finitos (FEM) para predecir y comparar los módulos elásticos efectivos. Se predijo que los módulos elásticos efectivos van desde 0.05 GPa hasta 1.93 GPa para andamios de diferentes arquitecturas comparables al hueso trabecular humano. Los resultados afirman que las propiedades mecánicas óptimas de los andamios pueden lograrse ajustando su diseño y parámetros morfológicos para que coincidan con las propiedades mecánicas del hueso humano.
Descripción
Debido a sus excelentes propiedades, las superficies minimales triplemente periódicas (TPMS) se han aplicado para diseñar andamios para aplicaciones de ingeniería de tejidos óseos. Predecir la respuesta mecánica de los andamios óseos en diferentes condiciones de carga es vital para diseñar los andamios. Las propiedades mecánicas óptimas pueden lograrse ajustando sus parámetros geométricos para imitar las propiedades mecánicas del hueso natural. En este estudio, diseñamos andamios giroideos de diferentes tamaños de poro y viga específicos del usuario utilizando un método combinado de TPMS y campo de distancia firmado (SDF) para obtener arquitecturas y porosidades variables. Los andamios diseñados se convirtieron en varias mallas como superficie, volumen y mallas de volumen de elementos finitos (FE) para crear modelos de FE con diferentes condiciones de frontera y carga. Los andamios diseñados bajo carga compresiva fueron evaluados numéricamente utilizando un método de elementos finitos (FEM) para predecir y comparar los módulos elásticos efectivos. Se predijo que los módulos elásticos efectivos van desde 0.05 GPa hasta 1.93 GPa para andamios de diferentes arquitecturas comparables al hueso trabecular humano. Los resultados afirman que las propiedades mecánicas óptimas de los andamios pueden lograrse ajustando su diseño y parámetros morfológicos para que coincidan con las propiedades mecánicas del hueso humano.