Browsing by Author "Cantero, Santiago Marcelo"

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    Desarrollo de implantes biomédicos base titanio asisitidos con impresión 3D
    (2019-12-20) Soria, Leo Gaston; Segura, Nicolas; Cantero, Santiago Marcelo; Roure, César Andrés
    Los problemas degenerativos, discontinuidades e inflamaciones articulares del hueso, afectan a millones de personas en el mundo. Los implantes son elementos necesarios para reparar o alterar los tejidos corporales naturales. Para ello, se deben desarrollar de tal manera que sean “amigables” con el cuerpo humano y que cumplan con ciertos requisitos, como ser biocompatible y poseer propiedades químicas y mecánicas similares a la del hueso. El titanio presenta propiedades mecánicas adecuadas, es cuasi-bioinerte, se osteointegra y posee una excelente resistencia a la corrosión en relación a los demás metales y aleaciones. Por el contrario, los metales poseen una excesiva rigidez frente al hueso, pudiendo generar el fenómeno conocido como apantallamiento de tensiones. La hidroxiapatita (HAP) es un material biocerámico con propiedades mecánicas deficientes, pero que posee una composición química similar a los huesos y puede promover el crecimiento de tejidos naturales. La combinación de HAP con un material biocompatible de buenas cualidades mecánicas, tal como una aleación de titanio (Ti), despierta un gran interés para la formación de un material compuesto, el cual pudiera englobar dichas propiedades. Si a ello le adicionamos la porosidad, se disminuiría el modulo elástico acercándose a la del hueso, favoreciendo además la osteointegración y evitando el apantallamiento de tensiones. Este trabajo investiga un proceso pulvimetalúrgico para la obtención de materiales compuestos porosos de titanio, mediante la obtención de muestras en “verde” con la técnica de “Gel-Casting” y posterior sinterización. Además, se estudiará la posibilidad de obtener materiales porosos compuestos de titanio (Ti) e hidroxiapatita (HAP), así como la implementación de la tecnología de impresión 3D en polímeros para asistir en la fabricación de moldes con las geometrías adecuadas tanto para la obtención de muestras estándares, así como prototipos de implantes a escala. Durante el desarrollo de la investigación se estudian parámetros de sinterización (tiempo, temperatura y atmósfera protectora). Se evaluarán diferentes proporciones de Ti-HAP-Poros. Se implementará el uso de la tecnología de impresión 3D en polímeros para diseñar y desarrollar moldes, modelos y prototipados de implantes biomédicos. Por último, se llevará a cabo la evaluación de las características microestructurales de los materiales obtenidos, empleando técnicas de microscopía óptica (OM), Microscopía Electrónica de Barrido con Espectroscopia de Dispersión de Energía de Rayos X (SEM-EDS), análisis mediante software, y análisis mecánicos de dureza y compresión.
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    Desarrollo de estructuras de titanio con porosidad gradual y su estudio para aplicaciones como bioimplantes
    (2021-10-15) Acosta, Diego Esteban; García, Valentín Néstor; Cantero, Santiago Marcelo; Roure, César Andrés
    Las tecnologías biomédicas actuales buscan modificar superficialmente los materiales de los implantes para garantizar una sanación más temprana en aquellos pacientes que sufren enfermedades degenerativas e inflamatorias en el hueso y articulaciones. Los biomateriales ortopédicos están destinados a ser implantados en el cuerpo humano como componentes o dispositivos diseñados para realizar ciertas funciones biológicas mediante la sustitución o la reparación de hueso, cartílago, ligamentos y tendones. La elección del titanio (Ti) como material de implante con fijación biológica se debe a sus principales características biomédicas. La generación de porosidad permitiría superar problemas en la fabricación de piezas en implantología, conduciendo al beneficio de disminuir la excesiva rigidez del Ti para aproximarse al hueso (ETi = 110 GPa y el Ehueso = 4-30 GPa). Al mismo tiempo, la estructura ósea no es uniforme y el hueso cortical es más compacto que el hueso trabecular, de forma tal que conviene conseguir un material con gradiente de porosidad que permita compatibilizar la distribución de esfuerzos entre prótesis-hueso. Para este fin, se propone estudiar mediante la técnica de gel-casting con polvo de 𝑇���������𝑖���������𝐻���������2 y posterior sinterización aquellas condiciones que permitan obtener un material base Ti con estructura de porosidad controlada en forma gradual. Además, se abarcará una revisión y experimento preliminar de ensayos biológicos (in vitro e in vivo) para plantear la factibilidad de realizar un modelo experimental biológico y así definir las propiedades biológicas del titanio poroso obtenido por el proceso gel-casting.
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    Desarrollo de estructuras porosas de titanio para implantes biomédicos obtenidas por gel-casting y sinterización
    (Universidad Tecnológica Nacional.Facultad Regional Córdoba, 2024) Cantero, Santiago Marcelo; Lucci, Roberto Oscar
    Los problemas degenerativos relacionados con enfermedades óseas, fracturas, y procedimientos quirúrgicos que requieren implantes ortopédicos han impulsado la búsqueda de materiales avanzados que puedan ser implantados en el cuerpo humano para sustituir o reparar tejidos como hueso, cartílago, ligamentos y tendones. El tiempo que transcurre desde la cirugía hasta la fijación efectiva de los implantes oseointegrables es esencial para el éxito de la intervención. Cualquier movimiento inesperado puede conducir a la formación de una cápsula fibrosa alrededor del implante, lo que resulta en una falla prematura. A pesar de la solución que proporciona la cementación de los implantes, para su colocación, esta técnica presenta problemas de incompatibilidad electroquímica y fisuras interfaciales en el cemento. En este contexto, el titanio se ha destacado como un material biomédico prometedor debido a sus excelentes propiedades mecánicas, su biocompatibilidad y su resistencia a la corrosión. A pesar de lo mencionado, la fabricación de aleaciones de titanio por métodos tradicionales basados en la fusión es compleja y costosa. La alta reactividad del titanio con el oxígeno exige trabajar en condiciones controladas como lo son las atmósferas inertes o bien de alto vacío; lo que ha llevado a la exploración de técnicas alternativas como la pulvimetalúrgia. Además, se presenta el desafío de reducir la rigidez del titanio (110 GPa), que es mucho mayor que la del hueso (1 – 30 GPa); lo cual genera un fenómeno conocido como apantallamiento de tensiones que deriva en la degradación del tejido óseo. La introducción de poros en la estructura del material reduce la rigidez de este, permitiendo disminuir el fenómeno mencionado, mejorando a su vez la biocompatibilidad. Por lo tanto, este trabajo se enfoca en el desarrollo de estructuras porosas de titanio que imiten la arquitectura de los huesos humanos, para su uso en implantes biomédicos, mediante la utilización de la técnica de Gel Casting y Sinterización. Se muestran resultados obtenidos de la fabricación de muestras de titanio a partir de polvos de hidruro de titanio (TiH2) y polvos de resina acrílica (metil metacrilato de metilo), es decir, por la técnica de gel-casting. Luego del proceso de sinterización, se obtienen estructuras con porosidad uniforme, con porosidad gradual en sentido radial y de manera compuesta, mediante agregados de hidroxiapatita. Se muestra el estudio de las variables de fabricación de las muestras en verde mediante gel-casting, como lo ser: mezclado de los polvos, formación del barro, colado en el molde y tiempo de secado. Allí, se obtienen muestras en verde con condiciones mecánicas aptas para su manipulación y buena terminación superficial, copiando adecuadamente la geometría del molde. Se presentan estudios de las variables y parámetros del proceso de sinterización, tales como temperatura, tiempo y control de atmósfera. Los mejores resultados, se encuentran a temperatura de 1300 ºC, con tiempo de sinterización de 240 minutos, en atmósfera de alto vacío. En otro orden, se realiza el estudio de descomposición de la hidroxiapatita, según diferentes condiciones de trabajo. Se encuentra que a temperaturas de sinterización de 780 ºC y tiempos de 420 minutos, la hidroxiapatita no se descompone y las partículas de titanio se sinterizan correctamente.
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    Predicción de dureza en cilindros de acero tratados térmicamente mediante análisis computacional
    (2021-07-30) Jimenez, Esteban Samuel; Vaccarello, Fernando Ezequiel; Cantero, Santiago Marcelo
    Una práctica esencial en la labor de un Ingeniero Metalúrgico es la elección de un material metálico que sea capaz de responder a las solicitaciones mecánicas a la que va a ser sometido. Para esta elección el metalurgista debe recopilar información de distintos ensayos, obtener curvas teóricas de distintos comportamientos del material y tablas de datos para así conseguir con el menor costo posible, un material con los tratamientos adecuados para las solicitaciones requeridas. Con el objetivo de reducir esta tarea de recolección, se propuso obtener una herramienta computacional, sencilla, que proporcione información específica, de forma rápida, en la elección de un material y su correspondiente tratamiento térmico para conseguir en dicho material las durezas necesarias para las solicitaciones a la que va a ser expuesta. Por lo tanto, el presente trabajo desarrolla una metodología para la obtención de una herramienta computacional capaz de predecir la dureza de distintos redondos de aceros enfriados en un determinado medio de temple. El software utilizado para desarrollar dicha herramienta computacional es Matlab, el cual posee un lenguaje de alto nivel, diseñado para facilitar cálculos, visualización y programación en un entorno adecuado para utilizar. Proporciona una forma simple de tratar problemas y resolverlos debido a su notación numérica, que radica en el manejo de matrices eficientes, incluyendo su propio compilador, lo cual permite extender su uso permitiendo al usuario crear sus propios comandos, clases y funciones. Para evaluar la efectividad de la herramienta se analizan los datos en base al acero SAE 1045, el cual es un acero de aplicación universal que proporciona un nivel medio de resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo con respecto a los aceros de baja aleación. Para este acero se tuvieron en cuenta distintos diámetros y medios de enfriamiento. Los diámetros elegidos son 1, 2, 3, 4 y 5 pulgadas; y los medios de enfriamientos son, agua y aceite. Estos diámetros y medios de enfriamientos fueron los elegidos debido a que se encontraron curvas con datos empíricos llamadas curvas U de Grossman las cuales fueron las más convenientes para su comparación. Pudimos apreciar que para un acero SAE 1045 templado en agua a 32 °C agitada a 0,25 m/s y templado en aceite convencional a 43 °C agitado a 0,51 m/s, se obtuvieron resultados dentro de un Cv menor a 25% para diámetros entre 1-3 pulgadas, los cuales son valores aceptables que permiten el uso del software con poco margen de error. Mientras que para mayores diámetros el Cv es mayor a 25% por lo que el sistema no logra dar buenos resultados.