Diseño y validación de un vástago de cadera con capacidad para la colocación de sensores de fuerza fabricado mediante tecnologías aditivas

Abstract

[ES] En el presente trabajo se ha diseñado un vástago de cadera en titanio (Ti6Al4V) para que posteriormente pueda ser fabricado mediante tecnologías aditivas de tal modo que sea capaz de alojar en su interior un sistema de sensorización que permita obtener las fuerzas aplicadas sobre este de tal forma que se tenga un control más exhaustivo del implante y poder detectar posibles problemas que puedan aparecer. En primer lugar, se ha analizado a través de revisión bibliográfica diferentes estudios que se hayan realizado en este ámbito, estudiando los diferentes sensores existentes, junto con los sistemas de comunicación y de alimentación que lo acompañan. También se han estudiado los posibles lugares de colocación del sensor en el vástago, de tal manera que afecte en la menor medida posible a este. Una vez analizado lo anterior, se ha procedido al diseño en 3D de dos vástagos femorales mediante el uso del software SolidWorks. El primero de ellos es macizo, basado en modelos comerciales para que sea lo más realista posible y, posteriormente, el segundo vástago contiene una modificación que permite la ubicación del sistema de sensorización. Tras el diseño, se han analizado las tensiones soportadas por ambos vástagos mediante método de elementos finitos (MEF) haciendo uso del complemento SolidWorks Simulation y se han comparado con el límite elástico del material y entre sí, con el fin de observar las diferencias que existen y comprobar si el vástago modificado es válido para su fabricación.

[EN] In this work, a titanium (Ti6Al4V) hip stem has been designed so that it can be manufactured by using additive technologies in such a way that it is capable of housing inside it a sensor system that allows the forces applied on it to be obtained in such a way as to have a more exhaustive control of the implant and to be able to detect possible problems that may appear. Firstly, different studies that have been carried out in this field have been analysed by reviewing the bibliography, studying the different existing sensors, together with the communication and power supply systems that accompany them. Also, the possible places where the sensor can be placed on the stem have been studied, in such a way that it affects the stem as little as possible. Once this has been analysed, a 3D design of two femoral stems has been carried out using SolidWorks software. The first one is solid, based on commercial models to make it as realistic as possible and, subsequently, the second stem contains a modification to allow the location of the sensor system. After the design, the stresses supported by both stems have been analysed by finite element method (FEM) using the SolidWorks Simulation add-on and have been compared with the elastic limit of the material and with each other, in order to observe the differences that exist and check if the modified stem is valid for its manufacture.