Análisis dimensional y estudio del comportamiento mecánico de estructuras porosas elásticas fabricadas mediante impresión 3D por estereolitografía

Abstract

El proyecto presentado consiste en un proyecto de investigación. Se va a estudiar el comportamiento de una resina elástica impresa en 3D mediante estereolitografía ante esfuerzos de tracción en función de su porosidad y su geometría. Las geometrías ensayadas son las estructuras lattice Gyroid y Schwarz.

El objetivo de este proyecto es desarrollar implantes para zonas cartilaginosas del cuerpo humano, tanto faciales como corporales. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son la nariz, las orejas o las rodillas. La resina de estudio es la BioMed Elastic 50A V1. Este material de estudio es idóneo debido a su elasticidad, adaptabilidad geométrica y sobre todo su biocompatibilidad.

Durante todo el proyecto se van a trabajar dos geometrías diferentes (estructuras Gyroid y Schwarz) y cada una de ellas en tres porosidades distintas (50%, 60% y 70%). Estas estructuras consisten en estructuras Lattice, son básicamente, estructuras 3D repetidas a lo largo de un volumen. Constan de la repetición en las tres dimensiones de una celda unitaria con una configuración de barras determinada. [1] Por tanto, en primer lugar, se imprimirán doce probetas, puesto que queremos dos muestras de cada probeta. El primer ensayo que se realizará será el análisis estructural mediante el microscopio, el cual nos determinará si la impresión y cura de las probetas se ha realizado correctamente. El proceso constituirá en analizar las dimensiones del grosor de las paredes que conforman la geometría y de la distancia que se existe entre ellas. Posteriormente se estudiará la exactitud real de la porosidad estipulada en cada probeta. Estos ensayos tendrán el nombre de “Ensayos de porosidad”. Este análisis se realizará gracias a la obtención del valor del volumen. El cálculo del volumen de cada probeta se realizará mediante la Balanza Mettler Toledo, que nos proporciona el valor del peso en aire y en etanol de cada probeta. Y mediante una serie de cálculos se obtendrá la porosidad real. El último ensayo que se realizará será el de tracción. En este se observará cómo reacciona nuestro material ante esfuerzos de tracción. Se utilizará la máquina IBTH500 Ibertest, la cual nos proporcionará el tiempo, la deformación y la fuerza que se necesita para que se produzca la rotura del material. Además, a partir de estos valores se obtendrá el módulo de Young, que se corresponde con la pendiente de la gráfica tensión-deformación en su zona lineal.

The project presented is a research project. The behavior of a resin under tensile stress will be studied depending on its porosity and geometry. The tested geometries are the lattice structures Gyroid and Schwarz.

The aim of this project is to develop implants for cartilaginous areas of the human body, both facial and corporal. Some examples of these applications include the nose, ears, and knees. The resin used in this study is BioMed Elastic 50A V1. This material is ideal due to its elasticity, geometric adaptability, and, above all, its biocompatibility.

Throughout the project, two different geometries will be used (Gyroid and Schwarz structures), and each one will be tested with three different porosities (50%, 60%, and 70%). These are Lattice structures, which are basically 3D patterns repeated throughout a volume. They consist of the 3D repetition of a unit cell with a specific bar configuration. [1] Therefore, the first step will be to print twelve specimens, since we want two samples of each type. The first test to be carried out will be a structural analysis using a microscope, which will help determine whether the printing and curing of the specimens has been done correctly. The process will consist of analyzing the thickness dimensions of the walls that make up the geometry and the distance between them. After that, the actual accuracy of the intended porosity in each specimen will be studied. These tests will be referred to as “Porosity Tests.” This analysis will be carried out by obtaining the volume value. The volume of each specimen will be calculated using the Mettler Toledo balance, which provides the weight of the specimen in air and in ethanol. With a series of calculations, the actual porosity will be determined. The final test will be the tensile test. In this one, we will observe how our material reacts under tensile stress. The IBTH500 Ibertest machine will be used, which will provide the time, deformation, and force required for the material to break.