Como sabemos até agora, a tecnologia de manufatura aditiva existe há algum tempo e está evoluindo a cada dia, mas o design ainda é a chave para liberar todo o potencial dessa tecnologia. Considerando isso, pesquisadores da Delft University of Technology (TU Delft) publicaram seu recente trabalho sobre o design ideal de implantes micro-arquitetados em 3D. Neste trabalho, os pesquisadores ampliam os limites do design ideal de implantes ortopédicos. Os implantes micro-arquitetados otimizados, que são adequados para manufatura aditiva, resultam em um aumento significativo no desempenho em comparação com um projeto de implante sólido convencional.
Avanços recentes em materiais microarquitetados imprimíveis em 3D oferecem possibilidades inexploradas para o desenvolvimento de implantes ortopédicos altamente adaptados. Os implantes, que normalmente são feitos de materiais totalmente sólidos, alteram significativamente a transmissão de carga para o tecido ósseo circundante, levando potencialmente à instabilidade da interface e à reabsorção óssea.
Neste trabalho, os pesquisadores apresentam metodologia computacional de otimização numérica baseada em gradiente para sintetizar automaticamente implantes 3D, específicos do paciente, com microarquitetura heterogênea. Seu método minimiza simultaneamente os riscos de fratura de interface induzida por carga e remodelação óssea periprotética, mantendo a funcionalidade e as restrições de fabricação em mente.
Primeiro, os pesquisadores desenvolveram uma nova microarquitetura paramétrica com atributos funcionais desejáveis e uma ampla gama de propriedades mecânicas efetivas, incluindo razões de Poisson positivas e negativas. Os pesquisadores então apresentaram formulações que otimizam a configuração espacial dos parâmetros de microarquitetura para minimizar simultaneamente o risco de fratura de interface induzida por carga e remodelação óssea pós-operatória. Para esse fim, um novo objetivo de remodelação óssea é concebido, levando em consideração tanto a aposição óssea quanto a reabsorção, prevista por meio de um modelo baseado na densidade de tensão-energia. O objetivo de fratura da interface é definido como o valor máximo do critério de falha multiaxial de Hoffman ao longo da interface.
O procedimento é aplicado ao projeto de implantes de quadril de titânio 3D com geometrias convencionais prescritas e comparado, in silico, tanto a um implante sólido convencional quanto a um projeto de treliça homogênea de baixa rigidez. O implante micro-arquitetado 3D otimizado resulta em uma melhoria de desempenho de 64,0% em termos de remodelação óssea e 13,2% em termos de risco de fratura de interface, em comparação com um projeto de implante sólido convencional. Para saber mais acesse o site.
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