IMCERAFEM

Análisis FEM del comportamiento mecánico de andamios porosos cerámicos utilizados en ingeniería de tejidos para la regeneración ósea

Proyecto #ES4RE3

Envolventes semiactivas

El proyecto #ES4RE3 se centra en la búsqueda de combinaciones óptimas y rentables de soluciones para la rehabilitación de envolventes de edificios desarrollando sistemas técnicos de alta eficiencia que utilicen fuentes de energía renovables.

Objetivo

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El objetivo del proyecto es evaluar el uso de la modelización y simulación numérica para analizar el comportamiento biomédico de tejidos óseos y determinar la idoneidad de los andamios cerámicos como sustitutos de los andamios metálicos porosos, identificando los modelos de comportamiento y análisis estructurales más apropiados.

Solución propuesta

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En este proyecto, se realizó una búsqueda bibliográfica exhaustiva para identificar modelos de comportamiento y análisis estructurales adecuados para evaluar la idoneidad de andamios cerámicos en aplicaciones biomédicas, centrándose en el análisis de fatiga mediante la curva de Wöhler y el concepto de «daño acumulado». Se modelaron diseños de andamios cerámicos y prótesis utilizando CAD, realizados por Neptury Technologies, incluyendo una prótesis de columna, un andamio poroso para huesos y una prótesis de rótula. Las geometrías se mallaron y analizaron numéricamente usando el método de los Elementos Finitos (FEM) y el programa Code_Aster, evaluando desplazamientos, distribución de tensiones y daño acumulado bajo cargas cíclicas. Los resultados mostraron que, aunque la alúmina tiene un módulo de Young más alto, su resistencia a la fatiga es inferior a la del titanio, justificando la preferencia actual por el titanio en aplicaciones biomédicas. Las simulaciones confirmaron la viabilidad de la simulación numérica como herramienta para diseñar nuevos materiales cerámicos, sugiriendo la necesidad de mejorar su composición y geometría para incrementar su resistencia a la fatiga, y abriendo la posibilidad de un proyecto de I+D+i de mayor envergadura explorando materiales cerámicos avanzados.

Resultados

El proyecto ha tratado de identificar si es posible sustituir con seguridad implantes porosos metálicos por cerámicos. Las características más innovadoras y diferenciadoras del resultado son:

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El uso de la modelización y simulación para evaluar las posibilidades de la cerámica como sustituto de los implantes metálicos porosos.
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Diferentes materiales han dado lugar a unos comportamientos mecánicos similares, a excepción de la fatiga.
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El material cerámico evaluado (alúmina) tiene una resistencia a la fatiga mucho más baja que el titanio, y ha quedado teóricamente demostrado también para las geometrías ensayadas en este trabajo.
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Se ha desarrollado un procedimiento semiautomático, ágil y rápido para la evaluación de la fatiga en implantes porosos.
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Se han sentado las bases para afrontar un proyecto de I+D partiendo de los conocimientos adquiridos en esta acción preparatoria.

Acciones futuras

La idea principal es avanzar en la prueba de concepto desarrollada en esta acción preparatoria, desarrollando físicamente andamiajes/implantes porosos mediante impresión 3D, caracterizándolos a nivel de laboratorio y tratar de validarlos clínicamente. Todo ello con la asistencia de la simulación numérica desarrollada en esta acción.

Financiado por

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