Modelado de superficie del polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) para reducción del desgaste en la aplicación de prótesis de rodilla

Abstract

El objetivo de la presente investigación es la mejora de las propiedades tribológicas de los bujes de polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE) a través de la modificación morfológica de su textura superficial con el análisis de la distribución de esfuerzos (Von Mises), y la presión por contacto (CPRESS), la pérdida de volumen y el coeficiente de fricción. Las muestras de prueba se realizaron mediante impresión 3D con el polietileno utilizado en las prótesis, para producir texturas geométricas circulares a profundidades de 79, 121, 169 y 224 micrómetros, con diferentes densidades geométricas con respecto a una distribución uniforme en la superficie de la muestra de 5, 10, 20 y 40%. Se realizaron pruebas de micro abrasión usando una muestra de UHMWPE y una bola de material de acero 52100 de una pulgada de diámetro. Mediante perfolometría 3D, se obtuvo la tasa de desgaste y la constante de desgaste de las probetas con y sin textura. Se realizó un modelo matemático de desgaste abrasivo mediante las ecuaciones de Archard aplicadas a una simulación dinámica de análisis de elemento finito de la prueba de microabrasión utilizando una subrutina en lenguaje Fortran vinculada al software de elemento finito para predecir la tasa de desgaste. Se compararon resultados del modelo matemático con pruebas de desgaste abrasivo realizadas en laboratorio, se analizó las huellas mediante perfilometría 3D para obtener la tasa de desgaste y la constante de desgaste. Se realizó un análisis de fatiga de los bujes comerciales y texturizados obteniendo el tiempo de vida, teniendo un aumento del 34% sobre el buje no texturizado.