Cyclic mechanical behaviour of poly lactic acid scaffolds made by additive manufacturing

• C. Rufo-Martín ^[1] ; D. Infante-García ^[1] ; J. Díaz-Álvarez ^[1] ; E. Giner ^[2] ; M.H. Miguélez ^[1]
  1. [1] Universidad Carlos III de Madrid

     Universidad Carlos III de Madrid

     Madrid, España

     
  2. [2] Universidad Politécnica de Valencia

     Universidad Politécnica de Valencia

     Valencia, España

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 4 (comunicaciones 5th Iberian Conference on Structural Integrity), 2022, págs. 3-8
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se analiza el comportamiento mecánico cíclico de scaffolds de ácido poliláctico (PLA) fabricados mediante impresión 3D con modelado por deposición fundida (FDM). El PLA es un polímero biodegradable con propiedades similares al hueso humano con el que es posible obtener geometrías reticulares mediante FDM, que faciliten la oseointegración, así como ajustar sus propiedades mecánicas dependientes de la arquitectura de la retícula y del proceso de fabricación.

    El estudio se enfoca en la evolución de la respuesta tensión-deformación durante fatiga a bajos ciclos de distintas arquitecturas reticulares de scaffolds. Para ello, se fabricaron mediante FDM estructuras cúbicas con distintas morfologías de poro. Se llevaron a cabo experimentos con carga monotónica y cíclica para analizar la evolución tensión-deformación.

    Los resultados se compararon con ensayos encontrados en la literatura sobre el hueso trabecular bovino ante esfuerzos de compresión cíclicos. Este tipo de tejido ha demostrado presentar un comportamiento mecánico similar al humano por lo que se utiliza para validar el comportamiento del PLA como implantable y/o simulante de hueso humano. Se observó que los scaffolds de PLA fabricados con FDM presentan en los resultados de los ensayos, tendencias similares a las que presenta el hueso.

  • English

    In this work, an analysis of the cyclic mechanical behaviour of polylactic acid PLA scaffolds based on additive manufacturing via material extrusion (FDM) is presented. PLA is a biodegradable polymer suitable for 3D printing to obtain reticular architecture proper for osteointegration and with mechanical properties close to human bone, thus it is an interesting option for bone replacement and bone simulants.

    This research is focused on the evolution of stress-strain response during low cycle straining for different scaffold geometries. For that purpose, several cubic structures with diverse pore morphology are manufactured with a fused deposition modelling 3D printer. Then, monotonic and cyclic compressive loads are applied in order to assess the stressstrain cyclic evolution. In some cases, specimens were tested until failure. The results are compared to experimental results found in the literature for trabecular cow bone specimens tested under cyclic loading compression. This bone tissue presents similar mechanical performance to human.

    The comparison with these experimental results showed that PLA manufactured through material extrusion has shown bone-like mechanical performance.