Comportament a compressió de bastides poroses impreses en 3D amb resina ceràmica

Abstract

Els avenços científics i tecnològics constants en els camps d'enginyeria relacionats amb els materials i la biomedicina han afavorit el desenvolupament de bastides poroses per a la regeneració de teixit ossi. No obstant, l'enginyeria de teixits disposa de dos grans obstacles en la recerca d'una solució per a la creació d'estructures que puguin actuar com a suport per a la regeneració del teixit ossi: el material i el mètode de fabricació. El material per a la construcció de bastides poroses (també coneguts com a scaffolds) ha de combinar certes propietats de biocompatibilitat amb unes bones propietats mecàniques. Els estudis més recents determinen que, tot i no haver-se trobat encara el material òptim per ser aplicat en scaffolds, els compòsits de polímer i ceràmica combinen molts dels requisits necessaris per a actuar com a bastida porosa. A més, aquest tipus de material pot ser imprès en 3D, la qual cosa permet controlar tots els paràmetres geomètrics de la bastida porosa. En aquest treball de fi de grau s'han estudiat les propietats, les aplicacions i els mètodes de fabricació de cossos porosos amb component ceràmic; s'han repassat totes les tècniques d'impressió 3D que permeten la fabricació de models amb component ceràmic i, finalment, s'ha realitzat un assaig experimental de compressió en provetes de bastides amb diferents porositats. Les provetes de bastida porosa han estat impreses mitjançant la tècnica d'impressió 3D LCD (Liquid Crystal Display) amb una resina de polímer fotosensible reforçada amb un 50% de partícules de material ceràmic (carbur de silici). Després dels assaigs de compressió, s'han pogut comprovar les relacions entre la porositat i l'esforç màxim a compressió de cada peça. A més, s'ha realitzat una comparació de comportament a compressió entre provetes normalitzades ISO 604 impreses en resina d’impressió 3D estàndard i resina ceràmica, on s'ha determinat l'absència d'anisotropia a compressió per part de la resina composta amb partícules ceLos constantes avances científicos y tecnológicos en los campos de ingeniería relacionados con los materiales y la biomedicina han favorecido el desarrollo de andamios porosos para la regeneración de tejido óseo. No obstante, la ingeniería de tejidos dispone de dos grandes obstáculos en su búsqueda de una solución para la creación de estructuras que puedan actuar como soporte para la regeneración del tejido óseo: el material y el método de fabricación. El material para la construcción de andamios porosos (también conocidos como scaffolds) debe combinar ciertas propiedades de biocompatibilidad con unas buenas propiedades mecánicas. Los estudios más recientes determinan que, a pesar de no haberse encontrado todavía el material óptimo para ser aplicado en scaffolds, los composites de polímero y cerámica combinan bastantes de los requerimientos necesarios para actuar como andamio poroso. Además, este tipo de material puede ser impreso en 3D, lo cual permite controlar todos los parámetros geométricos del andamio poroso. En este trabajo de fin de grado se han estudiado las propiedades, aplicaciones y métodos de fabricación de cuerpos porosos con componente cerámico; se han repasado todas las técnicas de impresión 3D que permiten la fabricación de modelos con componente cerámico y por último se ha realizado un ensayo experimental de compresión en probetas de andamios con distintas porosidades. Las probetas de andamio poroso han sido impresas mediante la técnica de impresión 3D LCD (Liquid Crystal Display) con una resina de polímero fotosensible reforzada con un 50% de partículas de material cerámico (carburo de silicio). Tras los ensayos de compresión se ha podido comprobar las relaciones entre la porosidad y el esfuerzo máximo a compresión de cada pieza. Además, se ha realizado una comparación de comportamiento a compresión entre probetas normalizadas ISO 604 impresas en resina normal y resina cerámica, donde se ha determinado la ausencia de anisotropía a compresión de la resina compuesta con partículas cerámicas.The constant scientific and technological advances in the engineering fields related to materials and biomedicine have favored the development of porous scaffolds for bone tissue regeneration. However, tissue engineering has two major obstacles in its search for a solution for the creation of structures that can act as a support for bone tissue regeneration: the material and the method of fabrication. The material for the construction of porous scaffolds (also known as scaffolds) must combine certain biocompatibility properties with good mechanical properties. Recent studies have shown that, although the optimal material for scaffolds has not yet been found, polymer-ceramic composites combine many of the requirements necessary to act as a porous scaffold. Moreover, this type of material can be 3D printed. This allows the control of all the geometrical parameters of the porous scaffold. In this thesis, the properties, applications and fabrication methods of porous bodies with ceramic component have been studied; all the 3D printing techniques that allow the fabrication of models with ceramic component have been reviewed and finally, an experimental compression test has been carried out on scaffold specimens with different porosities. The porous scaffold specimens were printed using the LCD (Liquid Crystal Display) 3D printing technique with a photosensitive polymer resin reinforced with 50% ceramic particles (silicon carbide). After the compression tests, the relationships between the porosity and the maximum compressive stress of each part were verified. In addition, a comparison of compression behavior between standardized ISO 604 specimens printed in normal resin and ceramic resin has been carried out, where the absence of anisotropy in compression of the composite resin with ceramic particles has been determined

    Similar works