Un modelo micromecánico para la predicción del módulo de elasticidad de titanio poroso para implantes biomédicos

Abstract

Las prótesis empleadas para reemplazar tejidos duros deben tener propiedades elásticas similares a la de los huesos para prevenir la reabsorción del hueso y eventual desprendimiento del implante. Por tal razón, en el diseño de implantes es ventajoso usar modelos que permitan predecir las propiedades elásticas del material utilizado. En este trabajo se presenta un modelo numérico basado en la micromecánica computacional para predecir el módulo de Young de titanio poroso que constituye uno de los materiales más apropiados para el reemplazo de huesos. La microestructura del material se modela con celdas unitarias y celdas multipartículas, y los resultados obtenidos son comparados entre sí. El modelo analítico Gibson-Ashby es ajustado con los resultados obtenidos de dos representaciones de poros, las cuales predicen correctamente las mediciones experimentales. El modelo analítico permite predecir el módulo de Young para distintas características de la porosidad.

Prosthesis employs for hard tissue replacements need elastic properties similar to bones, avoiding in this way bone resorption and eventual implant loosening. For this reason, in the implant design it is an advantage the employment of models that allow predicting the elastic properties of the used material. This work presents a numerical model based on computational micromechanics to predict the Young modulus of porous titanium that is one of the most appropriate materials for bones replacements. The microstructure is modeled by both unit and multiparticle cells, and the obtained results are compared each other. The Gibson-Ashby analytical model is fitted with the results obtained with two pore representations, which predict properly the experimental measurements. The analytical model allows to predict the Young modulus for different porosity features.