Diseño mecánico y computacional de estructuras porosas para hueso

Falcón Mateo, Luis
Pérez Ansón, María de los Ángeles (dir.) ; Hernández Cuadrado, Alberto (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2025
Ingeniería Mecánica department, Mec. de Medios Contínuos y Teor. de Estructuras area

Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Abstract: Existen muchos problemas óseos que pueden afectar al normal funcionamiento de la estructura ósea. Los tratamientos actuales presentan limitaciones en cuanto a estabilidad, funcionalidad, durabilidad y, sobre todo, respecto a la capacidad osteointegradora y regenerativa de los implantes con el hueso. Esta coyuntura ha supuesto un reto que ha propiciado la búsqueda de nuevas soluciones que permitan integrar en un mismo sistema la función de soporte mecánico junto con la capacidad regenerativa de tejidos. El desarrollo de estructuras porosas permite la reconstrucción del tejido óseo actuando en combinación de otros sistemas de osteosíntesis convencionales. El objetivo de este Trabajo Final de Master (TFM) es el de desarrollar una herramienta computacional para diseñar estructuras porosas que nos dé los requerimientos mecánicos para flexión y torsión. Los objetos de estudio son diferentes estructuras porosas giroideas, fabricadas a partir de fabricación aditiva, que han sido estudiadas y ensayadas de forma experimental en un estudio previo, y de las que partimos de sus geometrías 3D hechas a partir de modelado CAD. A partir de éstos, se les aplica un tratamiento de mallado, haciendo uso del software de optimización de diseño, 3-Matic Research (Materialise, Lovaina, Bélgica), para poder hacer compatible los archivos con la herramienta computacional, Abaqus (Dassault Systèmes Simulia Corp, Providence, USA), que es el software que se usa para la simulación de los ensayos de flexión y torsión, haciendo uso del método de elementos finitos (FEA). Durante la realización de las simulaciones, los ensayos de flexión presentaron muchas complicaciones en la convergencia de los cálculos, en cambio, los ensayos de torsión fueron más sencillos de llevar a cabo. Finalmente, cuando ya se obtuvieron los resultados, se realizaron comparaciones entre los comportamientos mecánicos obtenidos en las simulaciones, con los comportamientos mecánicos obtenidos de manera experimental, y se obtuvieron grandes discrepancias entre ambos, siendo las simulaciones superiores a los experimentales, por lo que se ajustaron las propiedades del material simulado para obtener un comportamiento que se asemejara más al obtenido de forma experimental. De esta forma se pudo evidenciar la pérdida de propiedades mecánicas que sufren las estructuras porosas al ser extruidas por fabricación aditiva.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master