DISEÑO DE ESTRUCTURAS CELULARES BASE ACERO INOXIDABLE CON PROPIEDADES SIMILARES A LAS DEL HUESO HUMANO (CELLULAR STRUCTURE DESIGN BASE STAINLESS STEEL WITH SIMILAR PROPERTIES LIKE THE HUMAN BONE)

Resumen

Se presentan propuestas de diseño y fabricación de estructuras celulares triplemente periódicas (TPMS), sobre giróides tipo Schoen simple y doble. El objetivo de este trabajo es poder fabricar estructuras auto-soportadas con características similares al hueso humano. Las estructuras celulares tipo giroide se pueden diseñar a voluntad para dar características de densidad y resistencia en los niveles del hueso trabecular humano. En el presente trabajo se fabricaron estructuras TPMS empleando la tecnología de sinterización de metales por láser (DMLS), empleando polvo de acero inoxidable 17-4. El diseño se realizó mediante Matlab. Se realizaron pruebas de compresión obteniendo resultados en módulo elástico (400 – 850 MPa) similares a los del hueso trabecular. Modificando desde la ecuación el parámetro t y el número de celdas, gracias a esto, fue posible controlar la densidad (1.17 - 1.99 g/cm3) y el módulo de Young resultantes de las piezas fabricadas.

Palabras Clave: Prótesis, estructuras celulares, giroide, biocompatibilidad, impresión 3D.

Abstract

Design and manufacturing proposals are presented for the triple periodical minimal surfaces (TPMS), mostly about Schoen’s gyroid simple and double. The goal of this paper is to can create auto-supported structures with similar characteristics to the human bone and in a personalized way. The gyroid cellular structures can be design to desire to give the density and resistant characteristics in the levels of the the trabecular bone. In this paper TPMS were built with DMLS technology, using stainless steel powder 17-4. The design was done in Matlab and some other programs. Compression test were done obtaining results in yield strength (400-850 MPa) similar to the trabecular bone. Modifiying the parameter “t” and the number of cells in the equation that describe both kinds of gyroids, it was possible to control the density (1.17 – 1.99 g/ cm3) and the young modulus in the manufactured samples.

Keywords: Prosthesis, cellular structures, gyroid, biocompatibility, 3D printing.