SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL POR ELEMENTOS FINITOS E VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL DE METAMATERIAIS EM LIGA DE TITÂNIO TI6AL4V FABRICADOS POR MANUFATURA ADITIVA PARA DISPOSITIVOS MÉDICOS IMPLANTÁVEIS

Introdução: Metamateriais baseados em superfícies mínimas triplamente periódicas (TPMS) têm sido amplamente explorados para mimetizar propriedades biomecânicas ósseas. Seu interesse crescente na engenharia de tecidos está associado à capacidade das técnicas de manufatura aditiva (MA) de gerar geometrias complexas porosas, que favorecem processos de osteocondução e osteoindução e que são inviáveis de serem fabricadas por métodos convencionais.

Objetivo: O estudo computacional e experimental de metamateriais TPMS fabricados por MA em liga de titânio Ti6Al4V, utilizando o método dos elementos finitos (MEF) e sua validação experimental.

Material e Métodos: Os metamateriais foram modelados como corpos de prova (CPs) para ensaios de tração e compressão, adotando geometria TPMS giróide com tamanhos de poros de 300, 400, 500 e 600 μm, considerados ideais para colonização celular (300 μm) e vascularização (600 μm). A modelagem foi realizada no software MSLattice. Para as simulações MEF, modelos de CPs de 500 μm e seção quadrada foram importados no COMSOL Multiphysics. As propriedades da liga Ti6Al4V foram consideradas e o comportamento plástico foi reproduzido  utilizando modelo de plasticidade não linear Hockett–Sherby, calibrado a partir dos ensaios experimentais dos CPs impressos em 3D.

Resultados e Conclusão: Os metamateriais projetados, foram impressos por MA em Ti6Al4V com sucesso, mantendo alta precisão dimensional. O modelo MEF de Hockett–Sherby apresentado reproduziu com excelente aproximação física o comportamento não linear experimental dos metamateriais estudados submetidos a tração e compressão, capturando padrões de tensões e deformações com alta fidelidade. Finalmente, o modelo numérico MEF conseguiu capturar os padrões de distribuição de tensões e deformações observados experimentalmente e reportados na literatura, evidenciando o potencial desta abordagem para o estudo do comportamento de dispositivos implantáveis porosos na engenharia de tecidos ósseos.