Modelagem multiescala e otimização de implantes ósseos fabricados por manufatura aditiva de material compósito utilizando o método dos elementos de contorno e dinâmica molecular

• Processo: 19/25588-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Renato Pavanello
• Beneficiário: Caio César Rocha Ramos
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
• Assunto(s): Modelagem em múltiplas escalas Enxerto ósseo Impressão tridimensional Método dos elementos de contorno Simulação de dinâmica molecular Materiais compósitos Teste de biocompatibilidade Tomografia computadorizada
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dinâmica Molecular | Implantes ósseos | Manufatura Aditiva | Materiais compósitos | Método dos Elementos de Contorno | Modelagem Multiescala | Modelagem Multiescala

Resumo

Implantes ósseos são convencionalmente feitos de materiais metálicos, como aço inoxidável e ligas de titânio, devido à sua capacidade satisfatória de suportar cargas mecânicas e resistência à corrosão. Entretanto, a incompatibilidade entre as propriedades mecânicas do osso e do implante metálico pode provocar a blindagem de tensão nos tecidos ósseos adjacentes e, como consequência, conduzir a um quadro de reabsorção do osso e eventual folga ou falha do implante. Os implantes metálicos podem ainda apresentar outros problemas, como a liberação de íons metálicos nocivos, reações inflamatórias e incompatibilidade com exames de ressonância magnética. O uso de materiais compósitos é atraente em virtude da excelente relação entre resistência mecânica e peso que apresentam e da possibilidade de ajustar suas propriedades para atender a requisitos específicos do projeto. Além disso, técnicas de manufatura aditiva de material compósito podem ser utilizadas para produzir geometrias complexas de forma rápida e precisa. No entanto, a aplicação dessas técnicas na fabricação de implantes ósseos ainda é um campo de pesquisa completamente novo. Este trabalho utilizará uma nova abordagem multiescala para investigar o comportamento termomecânico de implantes fabricados por manufatura aditiva de material compósito. Os modelos resultantes abrangerão as escalas contínua e atomística aplicando, respectivamente, o método dos elementos de contorno e dinâmica molecular. Nosso principal objetivo é otimizar implantes ósseos para reproduzir as propriedades do tecido receptor, melhorando a biocompatibilidade, reduzindo a blindagem de tensão e minimizando o desconforto do paciente. A geometria e as propriedades mecânicas do osso hospedeiro serão extraídas a partir de imagens de tomografia computadorizada. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ALVAREZ, JUAN E.; RAMOS, CAIO C. R.; GALVIS, ANDRES F.; SOLLERO, PAULO. A fully dynamic bridging approach for modeling the intergranular failure mechanisms in 2D polycrystalline materials. MECHANICS OF MATERIALS, v. 159, AUG 2021. (19/25588-7)