Simulación numérica del sistema nylon/óxido de titanio para su posible aplicación como prótesis

Las condiciones específicas y las consideraciones económicas en nuestro entorno son cruciales al evaluar las alternativas de materiales, lo que incluye la búsqueda de materiales fácilmente accesibles, económicos, sostenibles y versátiles para diversas aplicaciones. Un material híbrido es el resultado de combinar dos o más materiales distintos con el fin de aprovechar las ventajas de cada componente en una sola entidad. Estos materiales han demostrado ser soluciones efectivas en una amplia gama de áreas, destacando especialmente en aplicaciones médicas, como prótesis, implantes y cartílagos. En el diseño de materiales híbridos para prótesis, es esencial cumplir con propiedades mecánicas específicas para garantizar su eficacia y seguridad. En este estudio, se presenta la caracterización por simulación numérica por el método de elemento finito de las propiedades mecánicas de un material nanohíbrido compuesto por Nylon 6,6 y nanopartículas de TiO₂. Se crearon modelos de probetas de los materiales individuales y del material híbrido, siguiendo las recomendaciones de la ASTM para pruebas de tensión y compresión. La simulación numérica se llevó a cabo considerando diversos arreglos de matriz y nanopartículas de TiO₂. Se obtuvieron las curvas esfuerzo-deformación del material híbrido en respuesta a cargas de tensión y compresión, y se calculó su módulo de Young. Estas simulaciones de elementos finitos demostraron que es posible obtener la propiedad mecánica del módulo de Young por elemento finito de este material, proporcionando información valiosa para su desarrollo y futura aplicación.

Specific conditions and economic considerations in our environment are crucial when evaluating material alternatives, including the search for easily accessible, economical, sustainable and versatile materials for various applications. A hybrid material is the result of combining two or more different materials in order to leverage the advantages of each component into a single entity. These materials have proven to be effective solutions in a wide range of areas, with special emphasis on medical applications such as prosthetics, implants and cartilage. In the design of hybrid materials for prostheses, it is essential to comply with specific mechanical properties to ensure their efficacy and safety. In this study, the characterization by numerical simulation by the finite element method of the mechanical properties of a nanohybrid material composed of Nylon 6,6 and TiO₂ nanoparticles is presented. Specimen models of the individual materials and the hybrid material were created following ASTM recommendations for tensile and compressive testing. Numerical simulation was carried out considering different matrix arrangements and TiO₂ nanoparticles. Stress-strain curves of the hybrid material in response to tensile and compressive loading were obtained, and its Young's modulus was calculated. These finite element simulations demonstrated that it is possible to obtain the mechanical property of Young's modulus by finite element of this material, providing valuable information for its development and future application.