Científicos crean metamateriales de titanio para implantes óseos de última generación

Un equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha combinado la fabricación aditiva (FA), también conocida como impresión 3D, con nuevas aleaciones de alto rendimiento, como el titanio y las aleaciones de aluminio, con lo que han logrado crear nuevos materiales con capacidades mejoradas que pueden ser destinados a la creación de implantes óseos de última generación.

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"El uso de estos metales junto a estructuras de redes 'lattice' permite la creación de componentes más ligeros y eficientes que desafían las limitaciones de la fabricación convencional y añaden funcionalidad a la estructura", ha explicado el investigador del High Performance Alloys Lab (Laboratorios de Aleaciones Avanzadas) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) y líder del proyecto, Daniel Barba.

Puesto que uno de los desafíos radica en la complejidad del comportamiento de estas estructuras bajo condiciones extremas de temperatura, cargas y ambientes corrosivos, de la que solo existen estudios limitados, los investigadores se están centrando en estos aspectos.

"Estamos investigando cómo optimizar las condiciones de fabricación, el diseño de la aleación y el diseño del metamaterial y entender cómo influye todo esto en sus propiedades mecánicas bajo condiciones extremas, como altas temperaturas, altas velocidades de deformación, fatiga o corrosión, condiciones que se pueden dar separadas o combinadas por ejemplo en un impacto en una aeronave o dentro del cuerpo humano", ha explicado Barba.

Los resultados de esta investigación, que cuenta con la colaboración del Imperial College de Londres, la Universidad de Oxford y la empresa Meshworks, posibilitan el desarrollo de implantes biomédicos más seguros y con características adaptadas a cada paciente.

"El desarrollo tecnológico de la impresión 3D está permitiendo la creación de implantes mucho más personalizados, con geometría específica para cada paciente, en los que el hueso tiene capacidad de crecer en su interior", indican el investigador de la UPM.

Pero esta no es la única aplicación que tiene este trabajo, también puede tener importantes consecuencias en los campos aeroespaciales, de la defensa o, incluso, para la integración de baterías en automóviles eléctricos.

"Nuestra investigación puede aplicarse al desarrollo de estructuras aeroespaciales más ligeras con mejores prestaciones estructurales, como en el borde de ataque del ala del avión, donde la capacidad de absorción de impactos y la resistencia estructural de los materiales usados son criterios críticos de diseño", ha explicado el investigador de la UPM.

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Asimismo, también podrá contribuir a que los vehículos eléctricos sean más ligeros y seguros en el futuro mediante el diseño por impresión 3D de estructuras auxiliares a las baterías, contribuyendo a la reducción del consumo de energía en los transportes y a la descarbonización.

"Uno de los objetivos del proyecto es el desarrollo de una prueba de concepto de metamaterial que integre funcionalidades estructurales del vehículo, así como la protección contra posibles impactos a la batería, permitiendo un ahorro de peso substancial", ha subrayado Barba.

Para los investigadores, la importancia de su trabajo radica en sus múltiples posibilidades de aplicación en sectores de gran impacto.

"Representa un emocionante paso adelante en el desarrollo de nuevos metamateriales funcionales llamados a mejorar la funcionalidad de los implantes óseos y de las estructuras de protección frente a impacto en la industria aeroespacial y automovilística verde. Con su impacto científico, tecnológico y económico, tiene el potencial de cambiar la forma en que se producen y diseñan componentes en estas industrias clave para Europa", concluye Barba.