Impresoras 3d

Investigadores de TU Delft discuten la optimización microestructural para la impresión en 3D

Investigadores de TU Delft discuten la optimización microestructural para la impresión en 3D

El hueso trabecular, también conocido como hueso esponjoso o esponjoso, es uno de los dos tipos de hueso que se encuentran en el cuerpo humano. Se encuentra en el extremo de los huesos largos, en los huesos pélvicos, las costillas, el cráneo y las vértebras. El hueso trabecular es una de las muchas microestructuras con propiedades espacialmente variables que se encuentran en la naturaleza. En un trabajo titulado «Compatibilidad en la optimización microestructural para la fabricación aditiva «, un grupo de investigadores señala que estas microestructuras ahora pueden ser creadas por la fabricación aditiva. Un desafío en el diseño computacional de tales materiales es asegurar la compatibilidad entre microestructuras adyacentes. El trabajo de los investigadores tiene como objetivo encontrar la conectividad óptima entre las microestructuras optimizadas para la topología.

Dado que la optimización de la conectividad puede ser evaluada por las propiedades físicas resultantes de los ensamblajes, proponemos considerar el ensamblaje de células adyacentes junto con la optimización de células individuales», explican los investigadores.

En particular, nuestro método optimiza simultáneamente las propiedades físicas de las células individuales así como las de los pares vecinos, para asegurar la conectividad del material y las propiedades físicas que varían sin problemas. Esta idea se sustenta en el diseño de microestructuras escalonadas con módulos a granel maximizados bajo fracciones de volumen variables. Las microestructuras graduadas se emplean en el diseño de un implante, que se fabrica mediante fabricación aditiva.

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Al diseñar implantes ortopédicos, los investigadores señalan que «puede ser deseable tener una transición continua de microestructuras más densas en la región central a microestructuras altamente porosas en la interfaz hueso-implante». Esta gradación funcional promueve el crecimiento óseo en la interfase hueso-implante, continúan, mientras que mantiene la integridad estructural y aumenta las propiedades mecánicas en áreas donde el crecimiento óseo no es relevante.

Los investigadores presentaron un método para asegurar la compatibilidad mecánica entre las microestructuras optimizadas para la topología.

Nuestros resultados muestran que el módulo de células individuales a granel alcanza los límites teóricos previstos por el modelo Hashin-Shtrikman, lo que significa que la optimización de la compatibilidad no compromete el rendimiento de las células individuales», afirman. «Además, los módulos a granel de las parejas vecinas también coinciden con los límites de Hashin-Shtrikman.»

El método se amplió para permitir la escala de longitud máxima y la isotropía en microestructuras. Los investigadores demostraron la efectividad del método propuesto en varios diseños, incluyendo materiales clasificados funcionalmente y estructuras multiescala. También demostraron que las microestructuras optimizadas pueden ser fabricadas con tecnología de fabricación aditiva. Esto tiene implicaciones para una serie de aplicaciones, incluidos los implantes ortopédicos, que la impresión en 3D puede optimizar para un mejor crecimiento del hueso nuevo.

Como trabajo futuro, estamos particularmente interesados en los siguientes aspectos», concluyen los investigadores. «En primer lugar, este método es directamente aplicable a los problemas de 3Ddesign. Para aliviar la carga computacional en 3D, se puede utilizar el marco de optimización de topología basado en la GPU. En segundo lugar, mientras que hemos aplicado la formulación del compuesto para maximizar el módulo de volumen, su aplicabilidad a otros problemas físicos como la conductividad queda por demostrar.

 

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