Análisis y optimización, mediante simulación numérica y correlación experimental, de estructuras TPMS tipo giroide bajo carga de compresión cuasiestática, como potenciales sustitutos del hueso trabecular

Abstract

[ES] El Trabajo Fin de Máster propuesto tiene como objetivo principal la búsqueda de estructuras ligeras, resistentes y fácilmente fabricables con propiedades mecánicas a compresión análogas a las exhibidas por el hueso trabecular. Las estructuras denominadas TPMS (superficie mínima triplemente periódica) muestran propiedades mecánicas y morfométricas que pueden resultar idóneas para nuestro propósito. Una de las aplicaciones potenciales del desarrollo de estos sustitutos óseos sería la fabricación de implantes y andamios óseos. Dentro del grupo de las TPMS, existen multitud de casuísticas. En este Trabajo Fin de Máster se trabajará con el tipo giroide, a partir del cual se pueden generar estructuras tipo sheet y solid.

En este TFM se llevarán a cabo ensayos experimentales bajo carga de compresión cuasiestática de diferentes muestras de giroides en sus tres direcciones principales. Las muestras serán obtenidas a partir de fabricación aditiva utilizando ácido poliláctico (PLA) como material de impresión. Cada muestra estará escalada en una de las direcciones principales, con el objetivo de conseguir diferenciar la rigidez en una de las direcciones y así aproximarnos al comportamiento ortótropo (en las direcciones de ensayo) característico del hueso trabecular.

Por otro lado, se generará un modelo numérico mediante el software Abaqus de cada muestra que simule el comportamiento mecánico obtenido en los ensayos experimentales. En primer lugar, se llevará a cabo un análisis de convergencia del modelo numérico. Seguidamente, se ajustarán las propiedades mecánicas del modelo numérico a través de la calibración con los resultados experimentales. Se evaluarán diferentes parámetros de fallo en las estructuras estudiadas con el fin de hallar uno que permita reproducir adecuadamente el comportamiento experimental del giroide.

Por otro lado, a través de este estudio se analizará la influencia de diferentes parámetros de fabricación aditiva, como la dirección de impresión, en el comportamiento mecánico de la estructura. Finalmente, se comparará los resultados obtenidos para las estructuras tipo giroide con el comportamiento mecánico a compresión de muestras bio-inspiradas de hueso trabecular fabricadas con PLA a partir de fabricación aditiva.