Obtenció d'aliatges de titani biocompatibles per impressió 3D a partir de pols elemental en fase sòlida

La fabricació additiva engloba un conjunt de tècniques de fabricació que tenen com a objectiu principal la realització d’estructures tridimensionals de forma molt precisa. En concret amb la tècnica Direct Ink Writing (DIW) s’aconsegueixen produir objectes 3D amb geometries complexes a partir de la impressió capa per capa de material. Un dels camps en els que està guanyant cada cop més importància és en l’àmbit biomèdic, on el titani és un del materials més utilitzats. Fins el moment, s’ha assolit amb èxit poder imprimir bastides (scaffolds) de titani partint de pols metàl·lica. L’objectiu d’aquest treball és aconseguir imprimir també aliatges de titani, en concret titani amb un 10% en massa atòmica de niobi (Ti10Nb) i amb un 20% en massa atòmica (Ti20Nb), fent servir com a aglutinant Pluronic F-127®. Per aquest motiu, es duu a terme primerament un estudi per a determinar les condicions per a la correcta impressió, així com, per l’assecat i la sinterització de les peces. En aquest darrer cas, s’estudia el rang de temperatures d’entre 1200 i 1400 ºC. En segon lloc, es fa una anàlisi de les propietats físiques observant la reducció del volum, del diàmetre dels filaments i del pes abans i després de sinteritzar i s’avalua la densitat aparent. Per a la caracterització microestructural, es fan anàlisis per XDR per saber les fases que formen les mostres i si han estat contaminades durant el procés de sinteritzat i s’observa la microestructura per SEM i l’estructura de la bastida per tomografia micro-CT. Els resultats posen de manifest que amb els paràmetres aplicats és possible obtenir mostres impreses d’aliatges de Ti10Nb i Ti20Nb, en el que el titani i el niobi es combinen de forma adequada per tal que es formin les fases que pertoquen segons l’establert per aquests materials. Inicialment el titani presenta una estructura totalment formada per fase alfa. A l’afegir niobi, es forma la fase beta i martensita. El control del procés d’assecat és clau per aconseguir reproduir
La fabricación aditiva engloba un conjunto de técnicas de fabricación que tienen como objetivo principal la realización de estructuras tridimensionales de forma muy precisa. En concreto con la técnica Direct Ink Writing (DIW) se consiguen producir objectos 3D con geometrías muy complejas a partir de la impresión capa por capa del material. Uno de los campos en los que está ganando cada vez más importancia es en el ámbito biomédico, donde el titanio es uno de los materiales más utilizados. Hasta el momento, se ha logrado con éxito la impresión de andamios (scaffolds) de titanio partiendo de polvo metálico. El objetivo de este trabajo es conseguir imprimir también aleaciones de titanio, en concreto de titanio con un 10% en masa atómica de niobio (Ti10Nb) i con un 20% en masa atómica (Ti20Nb), utilizando como aglutinante Pluronic F-127®. Por ese motivo, se lleva a cabo inicialmente un estudio para determinar las condiciones para la correcta impresión, así como para el secado y sinterizado de las piezas. En esto último caso, se estudia el rango de temperaturas entre 1200 y 1400ºC. En segundo lugar, se hace un análisis de las propiedades físicas observando la reducción del volumen, del diámetro de los filamentos y del peso antes y después de sinterizar, y se avalúa la densidad aparente. Para la caracterización microestructural, se hacen análisis de XDR para saber las fases que forman las muestras y si han estado contaminadas durante el proceso de sinterizado, y se observa la microestructura con SEM y la estructura de los andamios con tomografía micro-CT. Los resultados ponen de manifiesto que con los parámetros aplicados es posible obtener muestras impresas de aleaciones de Ti10Nb y Ti20Nb, en el que el titanio y el niobio se combinan de forma adecuada para que se formen las fases que tocan según lo establecido por estos materiales. Inicialmente el Ti presenta una estructura totalmente formada por fase alfa. Al añadir niobio, se forma la fase beta y martensita. El contro
Additive manufacturing includes a set of manufacturing techniques whose main objective is the creation of three-dimensional structures in a very precise way. In particular, with the Direct Ink Writing (DIW) technique, it is possible to produce 3D objects with complex geometries from the printing layer by layer of material. One of the fields in which it is gaining more and more importance is in the biomedical one, where titanium is one of the most used materials. So far, it has been successfully possible to print titanium scaffolds from metal powder. The aim of this work is to also print titanium alloys, specifically titanium with 10% by atomic mass of niobium (Ti10Nb) and with 20% by atomic mass (Ti20Nb), using Pluronic F-127® as a binder. For this reason, a study is first carried out to determine the conditions for the correct printing, as well as for the drying and sintering of the pieces. Where the temperature range between 1200 and 1400 ºC is studied. Secondly, an analysis of the physical properties is carried out observing the reduction in volume, filament diameter and weight before and after sintering, and the apparent density is also evaluated. For the microstructural characterization, XDR analyses are carried out to find out the phases of the samples and whether they have been contaminated during the sintering process, and the microstructure is observed by SEM and the structure of the scaffold by micro-CT tomography. The results show that with the applied parameters it is possible to obtain printed samples of titanium alloys Ti10Nb and Ti20Nb in which titanium and niobium are combined in an appropriate way to form the phases that pertain according to the established by these materials. Initially, titanium has a structure entirely formed by alpha phase. When niobium is added, the beta phase and martensite are formed. Controlling the drying process isthe key to being able to reproduce printed samples with the same dimensions. On the other hand, sintering at 14