Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/29123
Title: Desenvolvimento de conceito de implante bio-inspirado
Author: Costa, Francisca Neto
Advisor: Ramos, António Manuel
Keywords: Implante
Bio-inspiração
Osso
Estrutura
Defense Date: 2019
Abstract: O presente trabalho apresenta o desenvolvimento top-down de um conceito de implante poroso cuja bio- inspiração foi retirada de estruturas presentes na natureza. Para o efeito foram realizados testes mecânicos e testes de simulação de compressão de forma a avaliar a sua rigidez. Como modelo padrão utilizou-se uma espuma em poliuretano da Sawbones de densidade 200,23 Kg/m3 tendo em conta a referência de osso biológico. O seu módulo de Young aparente com recurso à linha offsset de 0,2% é de 55 MPa e sem esta linha é de 97,37 MPa.Para analisar a influência do material mantendo a mesma geometria de unidades celulares, realizou-se um micro-ct à espuma modelo e imprimiu-se uma estrutura em SLA numa resina fotossensível. Verificou-se um módulo de Young aparente de 62,5 MPa com recurso à linha offsset a 0,2%, uma diferença de 7,5 MPa do módulo da espuma quando calculado pelo mesmo método. As estruturas bio-inspiradas contêm células de geometria hexagonal, própria dos favos das abelhas e quadrangulares, características das células da madeira quando cortadas transversalmente. As mesmas foram simuladas virtualmente com o comportamento da espuma modelo de modo a saber a influência da geometria das unidades constituintes. A análise não incluiu a linha offset e indicou que a geometria quadrada traduz-se no valor do módulo de Young aparente mais próximo do da espuma padrão. Analisou-se uma estrutura não bio-inspirada em Ti-13nb-13zn, com tamanho de poros de aproximadamente 600μm, onde há possibilidade de existir osseointegração e cujo módulo de Young aparente é de 1600 MPa com recurso à linha offsset a 0,2% Com este trabalho procedeu-se ao estudo da elasticidade de estruturas porosas e da influência da geometria dos poros e do material através de várias abordagens e nunca descurando o conceito de impressão 3D ao longo do mesmo. Sendo assim pode ser visto como ponto de partida para trabalhos futuros no desenvolvimento, análise e desenho de estruturas bio-inspiradas. O conceito de implante final trata-se de uma estrutura de duas camadas e oca no interior com vantagens de osseointegração e com um módulo aparente de aproximadamente 618 MPa.
This paper presents the top down development of a porous implant concept whose bio-inspiration was taken from natural structures. For this purpose, mechanical tests and compression simulation tests were performed to evaluate their stiffness. As a standard model a Sawbones polyurethane foam with a density of 200.23 Kg / m3 was used considering the biological bone reference. Its apparent Young modulus using the 0.2% offset line is 55 MPa and without this line is 97.37 MPa. To analyze the influence of the material maintaining the same geometry of the unit cells, a micro-foam model was made, and SLA printed on a photosensitive resin. An apparent Young modulus of 62.5 MPa was verified using the 0.2% offset line, a difference of 7.5 MPa from the foam modulus when calculated by the same method. The bio-inspired structures contain cells of hexagonal geometry, typical of the honeycomb and quadrangular, characteristic of wood cells when cut transversely. They were simulated virtually with the behavior of the model foam in order to know the influence of the geometry of the constituent units. The analysis did not include the offset line and indicated that the square geometry translates into the apparent Young's modulus value closest to that of the standard foam. A non-bio-inspired Ti-13nb-13zn structure, with pore size of approximately 600μm, that can provide osseointegration, and whose apparent Young's modulus is 1600 MPa using the 0.2% offset line, was also analyzed to be included on the final concept. With this work we proceeded to study the elasticity of porous structures and the influence of pore and material geometry through various approaches and never neglecting the concept of 3D printing throughout it. This paper can be considered a starting point for future works in the development, analysis and design of bio-inspired structures. The concept of the final implant is a two-layer, hollow interior with the advantages of osseointegration and an apparent module of 618 MPa.
URI: http://hdl.handle.net/10773/29123
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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