Revista Técnica y Tecnología

MECANIZADO 11 1. PROCESO DE FABRICACIÓN DE UNA PRÓTESIS DE RODILLA 1.1. Selección de material Uno de los primeros pasos del pro- ceso fue decidir qué material se iba a emplear en la fabricación de una prótesis de rodilla. Después de realizar una revisión literaria al respecto, se confirmó que las aleaciones de titanio son un material cuyas propiedades de biocompatibilidad y alta resistencia específica lo convierten en un material de gran interés para el mundo aero- náutico y biomédico, dos campos de muy alto valor añadido. Ahondando un poco más en el material, el titanio puede presentar dos tipos de cristalizaciones: la fase α y la fase ß . En la fase ß , el titanio presenta una estructura hexagonal compacta; mientras que en la fase ß , se transforma en una cúbica cen- trada a una temperatura de 883°C. En función de la cristalización que presente, las aleaciones de tita- nio se clasifican en tres categorías: • Fase ALFA o α . Las aleaciones α son fáciles de soldar y relativamente tenaces a bajas temperaturas. Su principal aleante es el aluminio. • Fase BETA o ß . Poseen una gran formabilidad y su principal aleante es el Vanadio. • Fase ALFA más BETA o α + ß . De entre las aleaciones α + ß , destaca la aleación de titanio Ti6Al4V de aplica- ción general. Esta aleación posee una excelente combinación de resistencia y dureza, además de ser muy resistente a ataques corrosivos por lo que su uso está muy extendido en el campo aeroespacial, médico y naval. A su vez, dentro de las aleaciones Ti6Al4V se pueden encontrar distintos grados en función de una composición más específica. Por ejemplo, el grado 5 es el que se suele emplear en aero- náutica, mientras Grado 23 ELI (Extra Low Intersticials) se emplea para la fabricación de implantes dentales y prótesis. La diferencia entre ambos es que el grado 23 tiene un menor contenido de impurezas intersticiales que mejoran la biocompatibilidad del material. Además, hay que tener en conside- ración la difícil maquinabilidad de este tipo de material, que, a diferen- cia de otros, su baja maquinabilidad no se debe a las fuerzas de corte, sino debido principalmente a dos propiedades del propio material: su baja conductividad térmica y su alta reactividad. Para este trabajo el material seleccionado fue la aleación Ti6Al4V grado 5 debido a la diferencia de material entre ambos materiales, ya que en ningún caso iba a emplearse en ningún paciente dicha prótesis. 1.2. Selección del bruto de partida La elección del bruto o material de partida es de suma importancia, pues ésta repercute, entre otros factores, en el peso del mecanizado sobre el proceso global de producción de la prótesis. Esto es, dependiendo del proceso del que provenga el bruto de partida y de su geometría, el tiempo y coste del mecanizado influirá en mayor o menor medida sobre el coste y tiempo total de producción. Por ello, se plantearon distintas alternativas para ambos componentes: • Bruto laminado. Consistía en un tocho prismático que contuviera la pieza que se desea mecanizar. Este tocho provendría de una barra laminada de sección cuadrada nor- malizada. Su producción es elevada y no requería un proceso específico para este trabajo, por lo que su valor se reduce prácticamente al precio de coste. • Pieza forjada. Se trataría de una pieza con una geometría cercana a la final. Las propiedades mecánicas de la pieza mejorarían gracias a la orientación del fibrado en el proceso Figura 1: Componentes femoral y tibial de una prótesis de rodilla. Tabla 1: Propiedades y composiciones del Ti6Al4V grado 5 y grado 23 (MatWeb). Propiedades Ti6Al4V Densidad (g/cm 3 ) Dureza Rockwell C Tensión última (MPa) Tensión de fluencia (MPa) Cond. Térmica (W/m·K) Grado 5 (recocido) 4,43 36 950 880 6,70 Grado 23 (recocido) 4,43 35 860 790 6,70 Composición Ti(%) Al(%) V(%) Fe(%) O(%) C(%) Otros(%) Grado 5 (recocido) 87,725-91 5,5-6,75 3,5-4,5 ≤0,40 ≤0,20 ≤0,080 ≤0,30 Grado 23 (recocido) 88,1-91 5,5-6,5 3,5-4,5 ≤0,25 ≤0,13 ≤0,080 ≤0,40

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