Comportamiento mecánico de estructuras porosas bajo cargas combinadas - Ruiz de Galarreta Moriones, Sergio; López Barberena, Asier; Cervera Moreno, Francisco; Rodríguez Flórez, Naiara (Anales de Ingeniería Mecánica, 2025)
El incremento de la población geriátrica con problemas musculoesqueléticos, sumado al incremento de lesiones derivadas de actividades deportivas y accidentes de tráfico, ha impulsado la demanda de cirugías ortopédicas de cadera, rodilla o columna vertebral entre otras. En estos últimos años, y gracias al desarrollo en la fabricación aditiva, se está estudiando la posibilidad de incluir estructuras porosas en el diseño de implantes ortopédicos personalizados. Su gran ventaja frente a los implantes tradicionales es su versatilidad para ajustar sus propiedades mecánicas a las del hueso adyacente y reducir de esta forma el fenómeno conocido como stress-shielding. Asimismo, estas estructuras porosas favorecen la oseointegración y regeneración ósea. En la actualidad hay numerosos estudios que han analizado el comportamiento de este tipo de estructuras bajo cargas de compresión, obteniendo así ecuaciones que definen el módulo elástico y la resistencia a fluencia equivalente de la estructura en función del material base y de la porosidad. Sin embargo, no existen tantos trabajos estudiando el comportamiento de estas estructuras bajo cargas combinadas de compresión y cortadura. Teniendo en cuenta que este tipo de cargas se pueden encontrar frecuentemente en algunos implantes ortopédicos, en este trabajo se ha estudiado por elementos finitos el comportamiento de diferentes estructuras porosas bajo cargas de compresión, cortante y bajo 5 cargas combinadas. Se han estudiado 5 porosidades diferentes para cada estructura y se ha analizado también la influencia de la esbeltez geométrica de la estructura. La esbeltez de la estructura porosa juega un papel importante en los efectos de la flexión y por ello se han estudiado diferentes esbelteces. Se ha analizado por un lado el módulo elástico y de cortadura equivalente de cada estructura, y por otro su resistencia a fluencia. Con los resultados obtenidos se ha definido una ecuación que determina la resistencia de la estructura para cualquier tipo de carga combinada, y que es válida para cualquier porosidad y esbeltez. Esta ecuación puede ser muy útil a la hora de seleccionar la estructura porosa adecuada para el implante, teniendo en cuenta las cargas a las que va a estar sometido. Asimismo, puede ser de utilidad para determinar la orientación de la estructura porosa en el implante. Para poder verificar los resultados numéricos, se han fabricado estructuras con diferentes porosidades y esbelteces; y se han ensayado bajo cargas de compresión, cortante y cargas combinadas.