Optimización de propiedades mecánicas y geométricas de andamios de ácido poli-láctico fabricados por impresión 3D para aplicaciones biomédicas.

Abstract

La fabricación de andamios es una de las estrategias de medicina regenerativa más utilizadas en la actualidad y con múltiples aplicaciones biomédicas. En esta investigación se optimizan las propiedades mecánicas y discrepancias geométricas de andamios fabricados de ácido poliláctico mediante impresión 3D. Se utiliza un diseño de Box-Behnken con metodología de superficie de respuesta, tomando como variables independientes dos factores de impresión: la altura de capa y la temperatura de extrusión, así como dos factores de diseño: la porosidad y el tipo de estructura interna porosa, modelada mediante superficies triplemente periódicas de los tipos Diamante, Primitiva y Giroide. Como variables dependientes se eligen la resistencia a la compresión, el módulo elástico, el límite de fluencia, la densidad de energía absorbida y las discrepancias de volumen y de porosidad. Los modelos de regresión obtenidos son físicamente plausibles, con buena calidad de ajuste y matemáticamente bien definidos para una altura de capa en [0.05;0.15] mm, temperatura de extrusión en [210;220] ºC y porosidad en [50;70] % y constituyen una novedad al abarcar la dependencia simultánea de factores de diseño y de impresión. Para la optimización, se ejecuta un algoritmo NSGA-II acoplado a un esquema de decisión A Posteriori con reducción de objetivos basado en análisis de componentes principales y correlación. Como segundo resultado novedoso se obtiene que, para cada tipo de estructura, hay dos objetivos esenciales no correlacionados y que, en general, los frentes de Pareto son discontinuos, parcialmente degenerados y correlacionados para tres o más objetivos.