Desarrollo de modelos predictivos de vida a la fatiga de implantes de cadera de Ti-6Al-4V fabricados por manufactura aditiva
La fabricación de implantes de cadera metálicos es una de las principales aplicaciones de los procesos de manufactura aditiva (MA), ya que ciertos requisitos como la personalización de la prótesis a un paciente en particular o la necesidad de generar de estructuras porosas complejas que favorecen la...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2024
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1275/2/1G%C3%B3mez%2C_F.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | La fabricación de implantes de cadera metálicos es una de las principales aplicaciones de los procesos de manufactura aditiva (MA), ya que ciertos requisitos como la personalización de la prótesis a un paciente en particular o la necesidad de generar de estructuras porosas complejas que favorecen la osteointegración pueden cumplirse debido a las características de los procesos de MA, y serían difíciles de lograr por métodos convencionales. La determinación de las propiedades de fatiga es un aspecto clave al momento de evaluar el comportamiento de los implantes de cadera, ya que las cargas que tienen que soportar in vivo son de carácter cíclico. Existen distintas normas que establecen las condiciones en que se evalúan las propiedades de fatiga, entre ellas, la norma ISO 7206 4, que busca evaluar las propiedades de fatiga en la zona del tallo del implante de cadera. Realizar ensayos siguiendo los lineamientos de la norma puede ser considerablemente costoso en tiempo y recursos. Por esta razón, con la visión de desarrollar un modelo predictivo de vida a la fatiga para implantes de cadera de Ti-6Al-4V fabricados por manufactura aditiva, en este trabajo se estudia el comportamiento a la fatiga de dos tamaños distintos de implantes de cadera provistos por la empresa Kinetical SRL al ensayarlos de acuerdo a la norma ISO 7206-4. Se estimaron las tensiones producidas en el implante durante el ensayo mediante dos enfoques: el primero de ellos consistió en fórmulas analíticas, mientras que en el segundo enfoque se utilizó el método de elementos finitos. Los niveles de tensiones obtenidos se compararon con curvas de las propiedades de fatiga del material ajustadas a partir de ensayos realizados en el Laboratorio de Propiedades Mecánicas. La vida estimada de esta manera se comparó con las vidas reales determinadas luego de ensayar los implantes. Al realizar esta comparación se notaron discrepancias, ya que para ambos implantes, la vida real superó ampliamente la vida estimada mediante los cálculos. Debido a esto, se evaluó la influencia de distintos factores que pueden haber afectado las propiedades de fatiga del implante, o la tensión aplicada en el ensayo, para intentar explicar el comportamiento observado: se midieron las tensiones residuales en la superficie del implante utilizando difracción de rayos X, y se estimó un posible factor de concentración de tensiones en la legión en la que se produjo la fractura del implante. Adicionalmente, se utilizaron técnicas de microscopía para estudiar las características de las superficies de fractura.
A partir de los resultados teóricos y experimentales, se comprobó que la norma ISO 7206-4 puede no ser adecuada para evaluar la resistencia a la fatiga del tallo en los implantes ensayados por la presencia de niveles elevados de tensiones residuales de compresión. Este estudio teórico y experimental permite determinar variables de relevancia en la determinación de la vida a la fatiga de los implantes, aportando al desarrollo de metodologías predictivas. |
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