Determinación mediante simulación computacional del comportamiento mecánico de piezas impresas por FDM con diferentes estructuras en celosía

dc.contributor.advisorLópez Vaca, Oscar Rodrigospa
dc.contributor.advisorForero Rubiano, Ricardospa
dc.contributor.authorReyes López, Jean Paulspa
dc.contributor.cvlachttp://scienti.colciencias.gov.co:8081/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000531359spa
dc.contributor.cvlachttp://scienti.colciencias.gov.co:8081/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001094947spa
dc.contributor.googlescholarhttps://scholar.google.es/citations?user=V0oEE7cAAAAJ&hl=esspa
dc.contributor.googlescholarhttps://scholar.google.es/citations?user=EyAX1aEAAAAJ&hl=esspa
dc.contributor.orcidhttps://orcid.org/0000-0001-7683-3541spa
dc.coverage.campusCRAI-USTA Bogotáspa
dc.date.accessioned2021-02-18T21:45:17Zspa
dc.date.available2021-02-18T21:45:17Zspa
dc.date.issued2021-02-03spa
dc.descriptionEn la actualidad, los métodos convencionales de manufactura se han visto bastante influenciados por la tecnología de impresión 3D, debido a sus ventajas económicas, funcionales y sus innumerables aplicaciones. De igual manera la simulación computacional de piezas obtenidas por manufactura aditiva representa un gran avance para diversas industrias. En ese sentido, este trabajo pretende determinar a través de FEA el comportamiento mecánico de piezas de Ácido Poliláctico / Hidroxiapatita (PLA/HA) obtenidas por impresión 3D con diferentes estructuras en celosía. Para esto, se parte del estudio de un ensayo de tensión experimental según la norma ASTM D638, el cual es replicado computacionalmente. Posteriormente se prueban diferentes estructuras en celosía por medio del mismo ensayo para luego ser aplicadas a un elemento mecánico. En efecto, al llevar a cabo una simulación, se deben contrastar los resultados obtenidos con situaciones reales o reportes registrados en literatura científica o ingeniería especializada, ya que, por sí misma, esta no garantiza una representación correcta de la realidad. Esto, con el fin de validar que el comportamiento obtenido con la simulación tenga lógica bajo un punto de vista físico y sea posible extrapolar el modelo a nuevas y más complejas condiciones. Por esta razón, el desarrollo del modelo computacional que prueba las diferentes estructuras en celosía en las probetas y su posterior aplicación a un injerto de PLA/HA en la zona metafisaria distal de la tibia derecha de un hombre adulto, se llevó a cabo a partir del estudio y la réplica mediante FEA del ensayo de tensión experimental. Esto, no solo dio validez a los resultados obtenidos en la simulación, sino que también permitió extrapolar los conceptos aplicados a una probeta, a un modelo real mucho más complejo (tratamiento de una fractura). Teniendo en cuenta lo anterior, el presente estudio realizado para optar al título de Ingeniero Mecánico de la Universidad Santo Tomás, aporta conocimientos en el área de la manufactura aditiva, sus materiales, su simulación computacional mediante elementos finitos, sus diversas aplicaciones y sus métodos de estudio, dando pie a futuras investigaciones sobre el tema.spa
dc.description.abstractNowadays, conventional methods of manufacturing have been seen quite influenced by 3D printing technology, due to its economic advantages, functional and its innumerable applications. In the same way, computational simulation of parts obtained by additive manufacturing represents a great advance for various industries. In this sense, this work aims to determine through FEA the mechanical behavior of Polylactic Acid / Hydroxyapatite (PLA / HA) parts obtained by 3D printing with different lattice structures. For this, it starts from the study of an experimental tension test according to the ASTM standard D638, which is computationally replicated. Later they are tested different lattice structures through the same test and then applied to an element mechanical. Indeed, when carrying out a simulation, the results obtained must be contrasted with real situations or reports registered in scientific literature or specialized engineering, already that, by itself, it does not guarantee a correct representation of reality. This, with the in order to validate that the behavior obtained with the simulation has logic under a point of physical view and it is possible to extrapolate the model to new and more complex conditions. For this reason, the development of the computational model that tests the different structures in lattice on the specimens and their subsequent application to a PLA / HA graft in the area distal metaphyseal of the right tibia of an adult man, was carried out from the study and FEA replication of the experimental stress test. This not only gave validity to the results obtained in the simulation, but also allowed to extrapolate the concepts applied to a specimen, to a much more complex real model (treatment of a fracture). Taking into account the above, the present study carried out to qualify for the title of Engineer Mechanic from the Santo Tomás University, contributes knowledge in the manufacturing area additive, its materials, its computational simulation using finite elements, its various applications and their study methods, giving rise to future research on the subject.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.degreenameIngeniero Mecánicospa
dc.description.domainhttp://unidadinvestigacion.usta.edu.cospa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.citationReyes López, J. P. (2021) Determinación mediante simulación computacional del comportamiento mecánico de piezas impresas por FDM con diferentes estructuras en celosía [Tesis de Pregrado en Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás] Repositorio Institucionalspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.usta.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11634/32274
dc.language.isospaspa
dc.publisherUniversidad Santo Tomásspa
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería Mecánicaspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecánicaspa
dc.relation.referencesT. Archana et al., “Fracture toughness and fatigue behavior of spider silk and S-glass epoxy composites: An FEM approach,” Mater. Today Proc., vol. 5, no. 1, pp. 2627– 2634, 2018.spa
dc.relation.referencesA. M. Alvarado, “Obtención y caracterización mecánica de material compuesto resina poliéster - fibra de piña.,” p. 59, 2017spa
dc.relation.referencesKalorama Information, “Dental Implant and Bone Graft Markets to Approach $3.5 Billion in 2010.” [Online]. Available:spa
dc.relation.referencesN. Shetty, S. M. Shahabaz, S. S. Sharma, and S. Divakara Shetty, “A review on finite element method for machining of composite materials,” Compos. Struct., vol. 176, pp. 790–802, Sep. 2017.spa
dc.relation.referencesO. A. Cort, “Materiales compuestos para la arquitectura recursos e impacto ambiental Materiales compuestos para la arquitectura recursos e impacto ambiental,” no. April, 2015.spa
dc.relation.referencesM. Antonio, V. Peña, D. Alexander, and G. Alvarado, “ARTÍCULO DE REVISIÓN Implantes Scaffolds para regeneración ósea. Materiales, técnicas y modelado mediante sistemas de reacción-difusión Scaffolds implants for the bone regeneration. Materials, techniques and modeling by means of reaction-diffusion systems,” pp. 1–11, 2016.spa
dc.relation.referencesP. O. V. Y. Ferrer Lozano, J. Vergara Pages, “Hidroxiapatita como sustituto del tejido óseo,” 2008. [Online]. Available: https://www.portalesmedicos.com/publicaciones/articles/1054/1/Hidroxiapatita-como-sustituto-del-tejido-oseo.html.spa
dc.relation.referencesC. V. Rosa, “Implantes dentales, precio 2018,” 2017.spa
dc.relation.referencesY. Shikinami and M. Okuno, “Bioresorbable devices made of forged composites of hydroxyapatite (HA) particles and poly L-lactide (PLLA). Part II: Practical properties of miniscrews and miniplates,” Biomaterials, vol. 22, no. 23, pp. 3197–3211, 2001.spa
dc.relation.referencesL. Bruno, “Mechanical characterization of composite materials by optical techniques: A review,” Opt. Lasers Eng., vol. 104, no. April 2017, pp. 192–203, 2017.spa
dc.relation.referencesS. Gutierrez, “Analisis de Choques En Materiales Compuestos,” Universidad EAFIT, 2007.spa
dc.relation.referencesJ. Torres, “Caracterización de la resistencia mecánica a tensión del Ácido Poliláctico/Hidroxiapatita por manufactura aditiva mediante Fabricación por Filamento Fundido (FFF),” 2019.spa
dc.relation.referencesM. Meng, H. R. Le, M. J. Rizvi, and S. M. Grove, “3D FEA modelling of laminated composites in bending and their failure mechanisms,” Compos. Struct., vol. 119, pp. 693–708, 2015.spa
dc.relation.referencesASTM International, “Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics,” 2019.spa
dc.relation.referencesJ. J. Del Coz Díaz, P. J. García Nieto, J. A. Vilán Vilán, and J. L. Suárez Sierra, “Non-linear analysis and calculation of the performance of a shelving protection system by FEM,” Appl. Math. Comput., vol. 218, no. 6, pp. 2365–2376, 2011.spa
dc.relation.referencesJ.N. Ready, An Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis. 2005.spa
dc.relation.referencesANSYS Inc, “ANSYS HELP.” 2020.spa
dc.relation.referencesA. A. Soufivand, N. Abolfathi, S. A. Hashemi, and S. J. Lee, “Prediction of mechanical behavior of 3D bioprinted tissue-engineered scaffolds using finite element method (FEM) analysis,” Addit. Manuf., vol. 33, no. February, 2020.spa
dc.relation.referencesA. M. Abdullah, D. Mohamad, T. N. A. T. Rahim, H. M. Akil, and Z. A. Rajion, “Effect of narrow infill density gap on the compressive properties of 3D printed carbon fibre reinforced acrylonitrile butadiene styrene,” J. Mech. Sci. Technol., vol. 33, no. 5, pp. 2339–2343, 2019.spa
dc.relation.referencesK. Leksakul and M. Phuendee, “Development of hydroxyapatite-polylactic acid composite bone fixation plate,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 25, no. 5, pp. 903–914, 2018.spa
dc.relation.referencesC. Faldini et al., “A new ligament ‑ compatible patient ‑ specific 3D ‑ printed implant and instrumentation for total ankle arthroplasty : from biomechanical studies to clinical cases,” J. Orthop. Traumatol., 2020.spa
dc.relation.referencesJ.-H. Park, M. Odkhuu, S. Cho, J. Li, B.-Y. Park, and J.-W. Kim, “3D-printed titanium implant with pre-mounted dental implants for mandible reconstruction: a case report,” Maxillofac. Plast. Reconstr. Surg., vol. 42, no. 1, pp. 0–3, 2020.spa
dc.relation.referencesC. Márquez and R. Rodríguez, “Simulación Y Análisis Tridimensional Por Elementos Finitos De La Tibia Humana Sometida a Reemplazo,” 2001.spa
dc.relation.referencesY. S. Lai, W. C. Chen, C. H. Huang, C. K. Cheng, K. K. Chan, and T. K. Chang, “The effect of graft strength on knee laxity and graft in-situ forces after posterior cruciate ligament reconstruction,” PLoS One, vol. 10, no. 5, pp. 1–11, 2015.spa
dc.relation.referencesC. SEMPERE, “Estudio de las características mecánicas de aleaciones de Ti conformadas mediante pulvimetalurgia,” 2009.spa
dc.relation.referencesS. Eberle and P. Augat, “Preventing Contact Convergence Problems in Bone- Implant Contact Models,” pp. 21–25.spa
dc.relation.referencesV. Pulido Bargsten, “Estudio por el método de elementos finitos diferentes estados de carga presentes en la tibia humana,” p. 98, 2015.spa
dc.relation.referencesL. A. Zambrano and C. Müller-Karger, “Estudio del efecto de placas de fijación en fracturas de tibia proximal utilizando el método de elementos finitos,” Bol. Tec. Bull., vol. 46, no. 3, pp. 43–60, 2008.spa
dc.relation.referencesF. Chen et al., “Finite element analysis of intramedullary nailing and double locking plate for treating extra-articular proximal tibial fractures,” J. Orthop. Surg. Res., vol. 13, no. 1, pp. 1–8, 2018.spa
dc.relation.referencesS. Mondal et al., “Hydroxyapatite nano bioceramics optimized 3D printed poly lactic acid scaffold for bone tissue engineering application,” Ceram. Int., vol. 46, no. 3, pp. 3443–3455, 2020.spa
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
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dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subject.keywordFDMspa
dc.subject.keywordFEMspa
dc.subject.keyword3D printspa
dc.subject.keywordLattice structuresspa
dc.subject.keywordHydroxyapatitespa
dc.subject.keywordComputer simulationspa
dc.subject.lembImpresión 3Dspa
dc.subject.lembHidroxiapatitaspa
dc.subject.lembSimulación por computadorspa
dc.subject.proposalFDMspa
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dc.subject.proposalEstructuras en celosíaspa
dc.titleDeterminación mediante simulación computacional del comportamiento mecánico de piezas impresas por FDM con diferentes estructuras en celosíaspa
dc.typebachelor thesis
dc.type.categoryFormación de Recurso Humano para la Ctel: Trabajo de grado de Pregradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
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