FABRICACIÓN MEDIANTE LPBF Y ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL HIERRO PURO PARA STENTS BIODEGRADABLES.

Abstract

Este trabajo consiste en un estudio del comportamiento del hierro puro como biomaterial seleccionado para la fabricación de stents bioabsorbibles, ya que posee buenas propiedades mecánicas para lograr un diseño y funcionalidad adecuados del implante, además de sobresalir por su biocompatibilidad y biodegradabilidad en el organismo. Para ello, empleando la técnica de manufactura aditiva de Fusión en Lecho de Polvo con Láser o LPBF (Laser Powder Bed Fusion), se fabrican una serie de condiciones de hierro aplicando diferentes densidades de energía (diversas combinaciones de potencia y velocidad de escaneo del láser), de las cuales se establece como óptima la de mayor densidad. Mediante la caracterización microestructural en la que se utiliza un microscopio electrónico de barrido para evaluar el tamaño de grano y la defectología de cuatro condiciones extremas y una central, se obtiene el menor tamaño de grano y, por tanto, una mayor compactación para la condición central, que es la óptima. A través de la caracterización mecánica por medio de un ensayo de microdureza Vickers, se comprueba que al trabajar con la idónea densidad de energía (consiguiendo la máxima densidad), se optimiza e incrementa la dureza del material logrando reducidas desviaciones e incluso superando la obtenida mediante la fabricación de hierro por un método convencional. La dureza de la condición más densa sobrepasa la de un caso de fabricación de hierro con la técnica de forja. Por otro lado, llevando a cabo un ensayo de tracción con tres condiciones en las que se suministra una baja, una elevada y la óptima densidad de energía en la impresión 3D, se aprecia como a pesar de presentar la condición óptima resultados menores a los de la pieza en la que se emplea la mayor densidad de energía, esta es la que posee valores más acordes con las propiedades mecánicas típicas del hierro (módulo elástico, límite elástico y resistencia máxima a tracción), además de errores lógicos. Destaca el empobrecido comportamiento mecánico de la condición fabricada con más baja densidad de energía y la menor fiabilidad de la condición en la que se aplica la mayor densidad debido a las tensiones térmicas generadas. Asimismo, en el documento se incluye el diseño 3D simplificado de un stent coronario mediante el software CAD Catia V5 y su posterior simulación en servicio a través de ANSYS 2024R1-Workbench, teniendo en cuenta las características mecánicas de la condición óptima y los esfuerzos correspondientes (presión sistólica y diastólica), verificando el buen comportamiento del implante en funcionamiento sufriendo reducidas deformaciones y logrando una distribución uniforme de las tensiones. Finalmente, mediante un estudio económico se desglosa la inversión asociada al estudio entre los materiales, la maquinaria, la energía eléctrica consumida y los softwares utilizados, suponiendo un precio total muy elevado debido a la calidad de los procesos y ensayos y a la alta tecnología empleada en el proceso de impresión 3D. Asimismo, se comprueba la rentabilidad que supone la fabricación por LPBF en el coste de diferentes volúmenes de producción.