Publication: Estudio numérico de espumas metálicas de una aleación (β+γ)-TiNbTa con porosidad funcionalmente dirigida fabricadas por la técnica pulvimetalúrgica de espaciadores para aplicaciones biomédicas
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Date
2023-03
Authors
Campillo Canto, Mauricio Alejandro
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Abstract
El hueso es un tejido cuya estructura y densidad son dinámicas, las que varían en base a los estímulos
externos. Cuando un elemento de fijación metálico (i.e: prótesis) es incorporado como refuerzo, la
diferencia de rigidez entre el implante y el hueso produce un desbalance en la trasferencia de cargas
sobre la zona afectada, transfiriendo casi la totalidad de la carga mecánica al elemento de refuerzo,
fenómeno conocido como stress shielding. En las zonas donde el hueso posee baja estimulación mecánica
se produce reabsorción ósea, a la vez que en aquellos puntos donde se concentran las carga se produce
una hiperdensidad ósea no deseada.
Para mejorar el desempeño de nuevos implantes y mitigar los efectos del stress shielding, gran parte de
los esfuerzos en investigación a nivel mundial están orientados hacia el desarrollo de nuevas aleaciones
en base a titanio que posean baja rigidez y alta resistencia. Con ello, nuevos materiales en base a titanio
que incorporan elementos que estabilizan la fase β-Ti (BCC), como el Nb y Ta, permiten reducir el
módulo elástico, respecto del titanio en fase α (HCP). Un novedoso método para la producción de
aleaciones metálicas a baja temperatura es la Aleación Mecánica (AM). Este proceso permite que parte
de la fase β de la aleación se transforme alotrópicamente en fase γ-Ti (FCC), obteniendo una aleación
(β + γ)-TiNbTa con una menor rigidez. Un segundo foco de investigación para este objetivo se centra
en el desarrollo de estructuras e incorporación de porosidad para así controlar de forma precisa las
propiedades (físicas y/o mecánicas) resultantes. La utilización de materiales que combinan el uso de
aleaciones de baja rigidez con estructuras con porosidad orientada, para obtener un comportamiento
específico similar al del tejido óseo, ofrecen una alternativa para alcanzar una respuesta mecánica que
permita mitigar aún más los efectos del stress shielding.
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar la extensión de una metodología numérica basada en
la utilización conjunta del Método de Elementos Finitos (FEM) y el Método de los Elementos Discretos
(DEM), como herramienta para determinar la respuesta mecánica compresiva en régimen lineal elástico
de espumas metálicas fabricadas por pulvimetalurgia de espaciadores en una aleación (β + γ)-TiNbTa
con porosidad funcionalmente dirigida.
Description
Keywords
ESPUMAS METALICAS , METODO ELEMENTOS FINITOS , METODO ELEMENTOS DISCRETOS