Browsing by Author "Maturana Rozas, Camilo Andre"
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Thesis Caracterización numérica de las propiedades mecánicas de un material basado en superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS) con porosidad funcionalmente dirigida: aplicación en ingeniería de tejidos óseos(Universidad Técnica Federico Santa María, 2024-08) Maturana Rozas, Camilo Andre; Vivanco Morales, Juan; Departamento de Ingeniería Mecánica; Pérez Pozo, Luis CarlosEn la actualidad, se utilizan cada vez mayor cantidad de implantes óseos. Esto se debe al aumento de la longevidad de la población a nivel mundial y también como consecuencia de graves accidentes. Estos implantes, si bien solucionan un problema, pueden generar otros, como el stress-shielding o apantallamiento de esfuerzos, en donde, debido a la alta rigidez de las prótesis en comparación con el hueso natural, la zona ósea que rodea la prótesis se comienza a debilitar, ya que la prótesis absorbe la mayor parte de las cargas externas recibidas. Las superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS) en diversos estudios han mostrado la versatilidad que poseen como estructuras biomiméticas . Es por esto que en este trabajo se desarrollan computacionalmente scaffolds cilíndricos con porosidad en gradiente radial a partir de superficies TPMS tipo Gyroid solid y Diamond solid, como estructuras capaces de ser utilizadas en aplicaciones de sustitución ósea . Para esto, se desarrolló un método para obtener modelos con gradientes radiales de porosidad del tipo creciente y decreciente, para 80% a 40%, 70% a 40%, 60% a 40% y 50% a 40%. En relación al tamaño de poro medio, se obtuvieron rangos para los modelos tipo Gyroid solid entre 900 [μm] y 1150 [μm], y para los modelos tipo Diamond solid entre 1000 [μm] y 1270 [μm], similares a los rangos de tejido óseo . Finalmente, se lograron resultados de módulo de elasticidad normalizado (En) para los modelos en estudio bajo ensayo de compresión , donde se obtuvo un comportamiento elástico superior en los modelos tipo Gyroid solid en comparación con los modelos tipo Diamond solid, sin embargo, para ambos casos, al aumentar la porosidad volumétrica , el En disminuye y viceversa. Respecto a la orientación del gradiente radial de porosidad para ambas geometrías TPMS, no se encontraron diferencias en los resultados de En. Los rangos de En para los modelos tipo Gyroid solid resultaron en 0.262 [-] a 0.144 [-]; para los modelos tipo Diamond solid, resultaron en 0.236 [-] a 0.124 [-]. Se compararon los resultados de En con modelos de control con porosidad y tamaño de poro homogéneo , donde se determinó que los modelos tipo Gyroid solid exhiben un mejor comportamiento elástico al superar el 55% de porosidad volumétrica , y los modelos tipo Diamond solid al superar el 60% respecto a los modelos de control. Se contrastaron los resultados con curvas teóricas de En en función de la porosidad, encontrándose que los datos obtenidos en este trabajo coinciden con los modelos teóricos estudiados en el pasado sobre materiales porosos. Se analizó la influencia de los factores en estudio sobre el En, encontrándose que la orientación del gradiente radial no tiene mayor influencia en comparación con el tipo de TPMS y los niveles de porosidad. Debido a la alta interconexión de los poros en los modelos en estudio, junto con los rangos de tamaño de poro, porosidad y En, comparables al tejido óseo , se puede determinar que estos scaffolds poseen una gran viabilidad como posibles implantes óseos y una gran aplicabilidad en otras áreas de las ciencias.
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