Fabricación y Caracterización Química y Microestructural de Implantes para Artroscopías de Cadera obtenidos mediante Manufactura Aditiva por EBM

BONVICINI P.; LLORENTE C.; BILMES P.; KANG K.; CULCASI J.; KANG K.; CULCASI J.; LIMANDRI S.; SCARANO N.; LIMANDRI S.; SCARANO N.; BONVICINI P.; LLORENTE C.; BILMES P.

Congreso; 19 Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales CONAMET-SAM; 2019

El sector de productos biomédicos es uno de los que mejor puede aprovechar el valor agregado de la Manufactura Aditiva mediante fusión por haz de electrones (MA-EBM). La libertad de formas y diseños que caracterizan a las piezas fabricadas mediante MA es un atributo esencial en el caso de traumatología y ortopedia, ya que permite producir implantes absolutamente personalizados, a medida del paciente [1].En el presente trabajo se fabricaron por MA-EBM (máquina ARCAM Q10 Plus) implantes para artroscopias de cadera (vástagos femorales) a partir de polvos ARCAM Ti6Al4V ELI (45-106 µm). Se utilizó como referencia para el diseño, implantes comerciales tipo Cleveland®. De acuerdo a recomendaciones de la norma ASTM F3001 para esta clase de componentes, una serie de vástagos fueron sometidos a tratamiento termomecánico de prensado isostático en caliente (HIP). Los prototipos (con tratamiento y sin tratamiento) se caracterizaron química y microestructuralmente mediante microscopía electrónica de barrido analítica (SEM-EDS) y difracción de electrones retrodispersados (EBSD).Los resultados demuestran la efectividad del tratamiento HIP para eliminar cualquier defecto/discontinuidad interna del material, como los encontrados en el prototipo sin tratamiento (Figura 1) [2, 3]. En la figura 2 se muestran las metalografías SEM y los mapas de figura inversa de polos para ambos prototipos. En la muestra sin tratamiento (Figura 2-a) se observa una microestructura de finas agujas/plaquetas α (hcp) tipo Widmänstatten, característico de la microestructura templada de la aleación Ti6Al4V. También se revela la presencia de fase β (bcc) enriquecida con vanadio en forma de tiras y/o manchas (strip-like, spot-like) formadas en las interfaces de las microestructuras aciculares [1]. En la microestructura correspondiente al prototipo con HIP (Figura 2-c) se observa engrosamiento de las placas α, desarrollando una morfología laminar producto de recalentar la estructura acicular a 954ºC (temperatura sub β-transus) durante el HIP y enfriamiento posterior en horno, obteniendo una microestructura característica de recocido. También se evidencia la presencia de fase β (bcc) en mayor proporción respecto al prototipo sin tratamiento [2, 3]. Los mapas de figura inversa de polos obtenido mediante EBSD para ambas muestras (Figura 2-b y d) revelan una microestructura similar a la observada mediante SEM-BSE, sin observarse una orientación local preferencial de la fase α [2]. Los mapas de EDS demuestran la repartición del aluminio principalmente en la fase α; mientras que vanadio y hierro se reparten fundamentalmente hacia la fase β, de acuerdo al carácter estabilizante α o β de fase de los elementos de aleación presentes en el material.