El Análisis del Comportamiento de Diseño de Porosidad y Deformación de Andamios Óseos Fabricados por Adición a Través de Modelado por Elementos Finitos e Investigaciones de Propiedades Mecánicas
Autores: Rasheed, Shummaila; Lughmani, Waqas Akbar; Khan, Muhammad Mahabat; Brabazon, Dermot; Obeidi, Muhannad Ahmed; Ahad, Inam Ul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Fabricados aditivamente
Andamios de hueso sintético
Arquitectura de poros
Propiedades mecánicas
Modelos de elementos finitos
Módulo de elasticidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Los andamios sintéticos de hueso fabricados aditivamente han surgido como candidatos prometedores para el reemplazo y regeneración de huesos dañados y enfermos. Al emplear una arquitectura de poros óptima, que incluye morfología de poros, tamaños y porosidades, los andamios impresos en 3D pueden imitar de cerca las propiedades mecánicas del hueso natural y soportar cargas externas. Este estudio tiene como objetivo investigar el patrón de deformación exhibido por los andamios de hueso poliméricos fabricados utilizando la técnica de impresión 3D PolyJet (PJ). Se utilizan andamios uniformes de empaquetamiento cúbico y hexagonal cerrado con porosidades del 30%, 50% y 70% en modelos de elementos finitos (FE). Se emplea el modelo de plasticidad de espuma aplastable para analizar la respuesta mecánica de los andamios bajo compresión cuasi-estática. La validación experimental de los resultados de FE demuestra un acuerdo favorable, con un error porcentual promedio del 12.27% +/- 7.1%. Además, se evalúan y comparan la resistencia a la fluencia y el módulo elástico de los andamios, revelando diferencias notables entre los diseños cúbicos y hexagonales cerrados. Los andamios de hueso con forma de poro cúbico del 30%, 50% y 70% exhiben resistencias a la fluencia significativamente más altas del 46.89%, 58.29% y 66.09%, respectivamente, en comparación con los andamios de hueso de empaquetamiento hexagonal cerrado a niveles de deformación porcentual del 5%, 6% y 7%. De manera similar, el módulo elástico de los andamios de hueso con forma de poro cúbico del 30%, 50% y 70% es un 42.68%, 59.70% y 58.18% más alto, respectivamente, que el de los andamios de hueso de empaquetamiento hexagonal cerrado en los mismos niveles de deformación porcentual. Además, se observa en comparación con nuestro estudio anterior que los andamios de hueso impresos en SLA demuestran módulos elásticos y resistencias a la fluencia 1.5 veces más altos en comparación con los andamios de hueso impresos en PJ.
Descripción
Los andamios sintéticos de hueso fabricados aditivamente han surgido como candidatos prometedores para el reemplazo y regeneración de huesos dañados y enfermos. Al emplear una arquitectura de poros óptima, que incluye morfología de poros, tamaños y porosidades, los andamios impresos en 3D pueden imitar de cerca las propiedades mecánicas del hueso natural y soportar cargas externas. Este estudio tiene como objetivo investigar el patrón de deformación exhibido por los andamios de hueso poliméricos fabricados utilizando la técnica de impresión 3D PolyJet (PJ). Se utilizan andamios uniformes de empaquetamiento cúbico y hexagonal cerrado con porosidades del 30%, 50% y 70% en modelos de elementos finitos (FE). Se emplea el modelo de plasticidad de espuma aplastable para analizar la respuesta mecánica de los andamios bajo compresión cuasi-estática. La validación experimental de los resultados de FE demuestra un acuerdo favorable, con un error porcentual promedio del 12.27% +/- 7.1%. Además, se evalúan y comparan la resistencia a la fluencia y el módulo elástico de los andamios, revelando diferencias notables entre los diseños cúbicos y hexagonales cerrados. Los andamios de hueso con forma de poro cúbico del 30%, 50% y 70% exhiben resistencias a la fluencia significativamente más altas del 46.89%, 58.29% y 66.09%, respectivamente, en comparación con los andamios de hueso de empaquetamiento hexagonal cerrado a niveles de deformación porcentual del 5%, 6% y 7%. De manera similar, el módulo elástico de los andamios de hueso con forma de poro cúbico del 30%, 50% y 70% es un 42.68%, 59.70% y 58.18% más alto, respectivamente, que el de los andamios de hueso de empaquetamiento hexagonal cerrado en los mismos niveles de deformación porcentual. Además, se observa en comparación con nuestro estudio anterior que los andamios de hueso impresos en SLA demuestran módulos elásticos y resistencias a la fluencia 1.5 veces más altos en comparación con los andamios de hueso impresos en PJ.