Modificación superficial y elaboración de un mapa de desgaste de prototipos de prótesis biomédicas obtenidos en aleación de Ti6Al4V por manufactura aditiva con fusión de haz de electrones

Abstract

RESUMEN : Las articulaciones de la cadera pueden dañarse por causas metabólicas (enfermedad degenerativa) o mecánicas (fractura), limitando su funcionalidad. Para restaurar el movimiento articular, la articulación debe ser reemplazada por una prótesis de cadera. En las articulaciones se producen fenómenos de lubricación, fricción y desgaste que, a su vez, son muchas veces responsables del fallo de la prótesis, provocando su aflojamiento. El objetivo del presente estudio es evaluar el comportamiento biotribológico de un prototipo de prótesis de cadera Ti6Al4V fabricada mediante manufactura aditiva por fusión de haz de electrones (EBM) y posteriormente modificada superficialmente por anodizado, además, para efectos de comparación se estudió esta misma aleación obtenida por forja. Una vez obtenido el prototipo, se pulieron algunas muestras para tener un sustrato base y otras se pulieron para anodizado, en ambos casos para la posterior realización de pruebas biotribológicas. Las pruebas biotribológicas se realizaron en un tribómetro de bola sobre disco utilizando contracuerpos de alúmina de 6 mm de diámetro. Se obtuvieron huellas de desgaste de 4 mm de diámetro, utilizando como medio solución de SBF a una temperatura de 37 °C. Las muestras fabricadas por EBM y posteriormente anodizadas mostraron los valores más altos de coeficientes de fricción, mientras que las muestras fabricadas por forja y EBM mostraron coeficientes de fricción similares, además, las muestras anodizadas obtuvieron la menor tasa de desgaste seguidas por las muestras fabricadas por EBM.

ABSTRACT : Hip joints can be damaged by metabolic (degenerative disease) or mechanical (fracture) causes, limiting their functionality. To restore joint movement, the joint must be replaced by a hip prosthesis. Lubrication, friction and wear phenomena occur in the joints, which, in turn, are often responsible for the failure of the prosthesis, causing its loosening.The aim of the present study is to evaluate the biotribological behavior of a prototype Ti6Al4V hip prosthesis fabricated by electron beam melting (EBM) additive manufacturing and subsequently surface modified by anodizing, in addition, for comparison purposes, this same alloy obtained by forging was studied. Once the prototype was obtained, some samples were polished to have a base substrate and others were polished for anodizing, in both cases for subsequent biotribological tests. The biotribological tests were performed in a ball-on-disk tribometer using 6 mm diameter alumina counterbodies. Wear tracks of 4 mm in diameter were obtained, using SBF solution at a temperature of 37 °C as the medium. The samples fabricated by EBM and subsequently anodized showed the highest values of friction coefficients, while the samples fabricated by forging and EBM showed similar friction coefficients, in addition, the anodized samples showed the lowest wear rate followed by the samples fabricated by EBM.