- Profesor supervisor: M.Sc. Ing. Miguel Araya Calvo/ Dr. Ing Teodolito Guillén Girón
Período de trabajo: Enero 2020-Diciembre 2021
Título del proyecto: “Desarrollo de modelos mímicos de hueso fabricados mediante la implementación de tecnologías de manufactura aditiva”
Resumen del proyecto:
La implementación de modelos óseos posee diversas aplicaciones en el área médica, tales como el entrenamiento quirúrgico, planificación de cirugías y en procesos de verificación mecánica de implantes ortopédicos. Concretamente, para la verificación de prototipos de dispositivos médicos es común el uso de modelos cadavéricos o pruebas en animales. Sin embargo, esto trae consigo implicaciones éticas y elevados costos. El uso de modelos anatómicos óseos artificiales (benchtop models) se ha implementado con el fin de disminuir los costos e incrementar la confiabilidad de las pruebas finales, disminuyendo así la necesidad de utilizar modelos cadavéricos. Por otra parte, en el mercado existen modelos óseos artificiales fabricados a partir de procesos de manufactura que dificultan la personalización de dichos modelos.
En contraste, las tecnologías de manufactura aditiva (AM) incrementan las posibilidades de fabricar geometrías complejas en un amplio rango de materiales, lo cual eleva las posibilidades de diseño y fabricación. Se plantea en este proyecto, por lo tanto, la generación de modelos mímicos de hueso fabricados a partir de tecnología de manufactura aditiva.
En primera instancia, el proceso de investigación consiste en la selección de las variables más significativas, con el fin de ejecutar un diseño de experimentos (DOE) con dichas variables. Dentro de las variables seleccionadas destacan: 1) Geometría: Teselaciones periódicas tipo lattice (Octect truss), tipo TPS (Gyroid) teselación tipo estocástica (Voronoi lattice). 2) La variación en la densidad relativa: en función de otras variables como tamaño de celda, grosor del strut y nivel de porosidad.
Eventualmente, se plantea realizar el diseño CAD de estas estructuras. Debido a la considerable cantidad de “celdas unitarias”, se decide generar el diseño mediante la implementación de modelado implícito. Finalmente, como forma de verificación de los diseños se plantea utilizar la simulación de elementos finitos (FEA) por medio del software ANSYS y Ntopology. Posteriormente, para validar las estructuras finales se ejecutará un ensayo en compresión con el objetivo de optimizar las estructuras finales de forma iterativa.
Mediante el desarrollo de este proyecto, se pretende identificar la configuración de variables idóneas que permita asemejar las características biomecánicas de hueso con el fin de ofrecer alternativas para valorar el desempeño mecánico de los implantes ortopédicos previo a la realización de pruebas pre-clínicas.