El proyecto de investigación ATILA ya está dando sus primeros resultados gracias a la utilización de tecnología de impresión 3D de metal
El proyecto de investigación ATILA avanza y los investigadores, reunidos en un consorcio científico, han anunciado hoy otro importante avance tecnológico haciendo balance de las investigaciones llevadas a cabo durante gran parte del año 2025 con el objetivo de lograr fabricar implantes biomédicos que cumplan con las normativas. La tecnología de impresión 3D de metal, que desarrolla la española Meltio, es válida para la creación de bioimplantes de cadera y rodilla, entre otras partes.
El centro de investigación valenciano Aidimme con sede en Valencia ha instalado un prototipo de tecnología de fabricación aditiva de metal para crear por primera vez en España implantes biomédicos de aleaciones de titanio con la tecnología de impresión 3D que desarrolla la española Meltio.
Durante estos meses se han centrado en tres casos potenciales muy importantes, como son: el cotilo acetabular (implante de cadera), la bandeja tibial (implante de rodilla utilizado para reemplazar la superficie superior de la tibia) y el componente femoral (implante de rodilla utilizado para reemplazar la parte distal inferior del fémur). En la actualidad se están realizando los ensayos in vitro e in vivo para seguir avanzando en la investigación y su posible implantación en el futuro.
Estos son los avances comprobados por el equipo científico y obtenidos en el Proyecto de Investigación ATILA a lo largo de este año:
Caracterización microestructural y mecánica de la aleación de Ti6Al4V grado 23 procesada en la tecnología DED-LB/M de MELTIO en el prototipo del proyecto. Partiendo de un bloque macizo se han extraído muestras para la caracterización mecánica y la microestructural.
La microestructura encontrada es martensítica, producto del enfriamiento rápido desde temperaturas superiores a la β-transus. En condición “As built” la microestructura está compuesta por la fase α´ (martensita acicular) incrustada en fase β. Se observan las columnas de crecimiento de los granos y también las capas de deposición a 50X y a 1000 X se observan con detalle las acículas.
Ha sido muy importante para el proyecto verificar que con los parámetros de proceso utilizados no se produce la fase alfa case en la superficie de las muestras, la cual es una fase fragilizante que disminuye la resistencia a la fatiga y que además por norma no está permitida, para aplicaciones en implantes biomédicos.
Ilustración 1. Zona de la muestra de Ti6Al4V grado 23, observada a 50X (Izq.) y 1000X (Der.) en un microscopio óptico después de ataque químico con el reactivo Kroll, seguido del reactivo Weck.
En cuanto a la caracterización mecánica, se han cortado por hilo, mecanizado y se han ejecutado probetas mediante ensayos de tracción siguiendo la norma ASTM E8/E8M, obteniéndose que la aleación de Ti6Al4V grado 23 procesada en el proyecto, cumple con los requerimientos de resistencia máxima, módulo de elasticidad y % de alargamiento que exigen las normas de fabricación de implantes, entre ellas: Norma ASTM F3001 – 14, Norma ASTM F136-2021 y Norma UNE EN ISO 5832-3:2022. Además, se ha determinado que no se requiere realizar tratamientos térmicos posteriores.
Los estudios de biocompatibilidad del Proyecto ATILA los está realizando la Fundación de Investigación FIGHUV, específicamente el BTELab; para ello han solicitado a AIDIMME fabricar muestras tanto para los ensayos in vitro como para los ensayos in vivo, las cuales se han obtenido en Ti6Al4V grado 23, en el prototipo ATILA, mediante corte por hilo y mecanizados, a partir de un bloque macizo.
Ilustración 2. Bloque fabricado en Ti6Al4V G23 para obtener muestras in vitro e in vivo, cilindros extraídos para las muestras, cortados por hilo.
El titanio Ti6Al4V ELI se utiliza en implantes por su buena compatibilidad con el hueso, pero su éxito depende de lograr una adecuada osteointegración, influida por el diseño, el material y la superficie del implante. Las superficies han evolucionado de ser mecanizadas e inertes a incorporar tratamientos como arenado, grabado ácido, recubrimientos cerámicos, anodizados y nanotubos, con el fin de mejorar la bioactividad, favorecer la respuesta celular y aumentar la durabilidad del implante.
“Las superficies mecanizadas de titanio no favorecen la osteointegración y pueden provocar el aflojamiento del implante. Por ello, deben modificarse para mejorar su geometría, rugosidad y propiedades químicas, con el fin de acelerar la osteointegración mediante una mejor adsorción de proteínas y crecimiento celular. La composición, rugosidad e hidrofobicidad de la superficie son factores esenciales en este proceso”, asegura Jenny Zambrano portavoz del Proyecto ATILA e investigadora de AIDIMME en Valencia.
En el proyecto ATILA se han realizado secuencias de acabados superficiales a las muestras a implantar. Mostramos a continuación algunos resultados preliminares, previos a tratar las superficies finales de las muestras.
Ilustración 3. Bloque fabricado en Prototipo ATILA Ti6Al4V G23, superficie arenada abajo a la izquierda y después de varios tratamientos superficiales a la derecha.
El desarrollo de los demostradores del proyecto los realiza BTELab, AIDIMME y la empresa MELTIO, con la tecnología DED-LB/M de la empresa MELTIO en el material Ti6Al4V G23.
El laboratorio científico valenciano BTELab entregó a AIDIMME los archivos STL/STEP de un listado de posibles demostradores o casos potenciales de implantes a medida, que se deseaban fabricar en el marco del proyecto ATILA, AIDIMME ha sido la encargada de adaptar la geometría al proceso de producción por manufactura aditiva desarrollado en la tecnología DED-LB/ M, conociendo previamente las limitaciones geométricas de dicha tecnología y enfocándose en la obtención de preformas que luego debían ser mecanizadas.
Estas son las preformas obtenidas, que junto a las fabricadas a lo largo del proyecto suman un total de siete tipos de implantes a medida, de los cuales solo algunos se han llevado al mecanizado final.
Ilustración 4. Pruebas preliminares de implantes fabricados en Ti6Al4V en el Prototipo ATILA, demostradores.
Dichos mecanizados han estado a cargo de las empresas especialistas en mecanizados: LEMAR LEBEN GROUP, S.L. y a la empresa BRONCES JORDÁ, S.L. mecanizando cotilos y bandejas tibiales, partiendo desde una barra de Ti6Al4V grado 23 y desde preformas suministradas por AIDIMME, donde después de varias reuniones para establecer la mejor secuencia de los mecanizados, la necesidad o no de utillajes (moldes) y mejoras a las preformas, se han obtenido los siguientes resultados prometedores:
Ilustración 5. Mecanizados a partir de preforma de un cotilo acetabular, empresa LEMAR LEBEN GROUP, S.L
Ilustración 6. Mecanizados a partir de preforma de una bandeja tibial, empresa Bronces Jordá S.L.
El resultado de estos mecanizados ha permitido la obtención de implantes a medida partiendo de preformas obtenidas en el proyecto, estando a la espera de los resultados obtenidos en los ensayos in vitro y de los ensayos in vivo, nos acercamos cada vez más al cumplimiento de los objetivos del proyecto.
Con respecto a la simulación numérica del proceso de fabricación aditiva por deposición metálica por hilo láser (DED-LB/M), coordinada por la Universidad de Salamanca USAL, donde participan el centro tecnológico AIDIMME y la empresa MELTIO. En AIDIMME, el departamento de Fabricación Aditiva junto con el Departamento de Ingeniería, han realizado el montaje en el Prototipo ATILA de un par de bases de diseño y fabricación propias, donde se han colocado una cámara termográfica y dos termopares tipo R. Se ha desarrollado la configuración de estos cerca de la zona de impresión, para recoger datos sobre la distribución temporal y espacial de la temperatura.
Estos datos se compararán con el historial del gradiente de temperatura obtenido con el modelo de proceso de fusión térmica transitoria de las simulaciones, entre otras cosas como parte de este paquete de trabajo.
En las imágenes pueden verse: la lámina sobre la cual se ha fabricado, imágenes de algunos resultados preliminares obtenidos y metalografía de un cordón depositado.
Ilustración 7. Pruebas preliminares de pared en Ti6Al4V, con agujeros en la placa de fabricación para colocar los termopares.
Ilustración 8. Ejemplo de imágenes obtenidas con el software de la cámara termográfica, información de los termopares tipo R y metalografía de un cordón.
Esta iniciativa forma parte del proyecto de investigación ATILA, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por la Unión Europea y la Agencia Estatal de Investigación, loa avances ya están dando sus primeros resultados en el país gracias a la utilización de tecnología de impresión 3D de metal. Un consorcio multidisciplinar liderado por AIDIMME donde participan activamente la fundación de investigación del Hospital General Universitario de Valencia FIHGUV, el grupo de investigación de Aplicaciones del láser y fotónica de la Universidad de Salamanca ALF USAL y la empresa Meltio.
Fuente: Meltio
