En el centro de investigación valenciano AIDIMME se está desarrollando junto con MELTIO un prototipo de impresión 3D para crear implantes biomédicos de titanio con tecnología de hilo de soldadura por láser
Por José Ramón Blasco Puchades
Responsable de Nuevos Procesos de Fabricación de AIDIMME
- La 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- que ya está dando sus primeros resultados en nuestro país. 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.
- La novedad es que por vez primera se utiliza hilo de soldadura (procesos menos contaminantes y que generan menos residuos de material) respecto de otras tecnologías de fabricación aditiva como el polvo metálico.
- El proyecto de investigación ATILA estudia y desarrolla un proceso de fabricación aditiva de alta protección basado en la deposición directa de metal por hilo mediante multiláser para el procesado de materiales de alta reactividad.
Valencia, 8 de Julio de 2024.- El proyecto de investigación ATILA ha anunciado hoy un importante avance tecnológico. El centro de investigación valenciano Aidimme instala un prototipo de tecnología de impresión 3D para crear por primera vez en España implantes biomédicos de aleaciones de titanio con la tecnología única de impresión 3D de metal que desarrolla la multinacional española Meltio con sede en Linares (Jaén).
Este proyecto de investigación, formado por un consorcio de distintas entidades, investiga los diferentes usos y aplicaciones de implantes biomédicos con Titanio, del tipo Ti64-ELI, gracias a la tecnología única de impresión 3D de metal aportada por la multinacional española con sede en Linares, Meltio. La principal novedad destaca en que por vez primera en España se está investigando las aplicaciones que pueden crearse con este Titanio en piezas impresas en 3D por tecnología de hilo de soldadura, que a diferencia de otras tecnologías como el polvo metálico para crear piezas en 3D es mucho más eficiente, con procesos menos contaminantes y que generan menos residuos de material en su manipulación, con lo que contribuye a reducir la huella de carbono de esta tecnología.
El proceso de fabricación aditiva de deposición directa de metal por láser (DED-LB/M) puede construir piezas con la adición de materia prima en forma de polvo o de alambre. Las ventajas de la tecnología DED-LB/M con alambre incluyen un proceso de contaminación más bajo que cuando se usa polvo, una buena tasa de deposición, un relativo bajo costo y un alto uso de la materia prima (cerca del 100%). Cuando se trabaja con polvo éste puede reutilizarse, pero debe controlarse su composición química la cual varía tras su uso. Un tema muy importante en este proceso es la interacción del metal con el oxígeno, que puede ocurrir en materiales altamente reactivos como el titanio.
Durante un proceso de fabricación aditiva existe una tendencia a captar Oxígeno por parte del metal debido al aumento de temperatura durante la fusión y posterior deposición de capas sucesivas; el contenido de oxígeno no debe superar el límite máximo establecido en las normas de referencia para implantes UNE-EN ISO 5832-3:2017. Implantes quirúrgicos. Materiales metálicos. Parte 3: Aleación forjada a base de titanio, aluminio 6 y vanadio 4, con un valor máximo de Oxígeno de 0,2% para Ti6Al4V grado 5 y 0,13% de porcentaje de Oxígeno para Ti6Al4V ELI, un límite de Oxígeno más estricto en la norma de referencia ASTM F136-21.
El uso de gas de protección de forma coaxial a la fusión es característica de la tecnología DED -que va creando la pieza fundiendo el material metálico sólido a un estado líquido creando la pieza capa a capa con la impresora 3D de Meltio- para garantizar una gran eficiencia de deposición de material y calidad de impresión.
Sin embargo, debido al gran gradiente de temperatura producido durante el proceso, debe controlarse la microestructura del material y sus propiedades mecánicas para poder cumplir con las especificaciones más restrictivas.
En el marco del proyecto ATILA, se ha desarrollado e integrado un prototipo basado en tecnología DED-LB/M que está recibiendo sus últimas mejoras en 2024. Específicamente, el nuevo proceso va a permitir controlar mejor los gradientes térmicos para poder asegurar una metalurgia adecuada a las exigentes normas que aplican para el procesado de Ti6Al4V ELI.
Durante el pasado mes de Junio de 2024 se realizó una reunión técnica del Proyecto en las instalaciones de AIDIMME donde investigadores de AIDIMME, USAL (Universidad de Salamanca) y la FIHGUV de Valencia se reunieron junto con MELTIO para conversar acerca de las normativas, los posibles candidatos de implantes a fabricar y la simulación numérica en desarrollo por parte de la USAL, objetivos del proyecto ATILA.
Sobre Aidimme
AIDIMME es una entidad con personalidad jurídica privada de carácter no lucrativo. Los orígenes de AIDIMME se remontan a la década de 1980 cuando, por iniciativa de los Sectores Empresariales y la Administración Pública, se crean las primeras Asociaciones de Investigación y Desarrollo, constituidas para apoyar a las empresas de los sectores industriales más representativos en su entrada a la Unión Europea. AIDIMME es un Instituto Tecnológico que, además, está registrada como Agrupación Empresarial Innovadora (AEI), siendo una asociación independiente, cuyo fin es contribuir a incrementar la competitividad de las empresas, fundamentalmente en el ámbito del diseño y desarrollo de producto, materiales innovadores, procesos avanzados y sostenibles de aprovisionamiento, fabricación, logística, distribución y servicios, tal y como se indica en sus Estatutos.
AIDIMME, empezó a trabajar con la fabricación aditiva en 1997, desde entonces hasta la fecha ha ayudado a las empresas a conocer estas tecnologías y a elegir la solución más adecuada. AIDIMME viene trabajando desde 2009 en el desarrollo de materiales no estándar, desde el diseño de la materia prima, la obtención de las condiciones de procesado y la caracterización completa que requiera el material desarrollado.
AIDIMME viene colaborando con empresas en el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación aditiva gracias a un gran grupo multidisciplinar en el mundo de la fabricación aditiva y en el desarrollo de máquinas a medida. La experiencia adquirida por AIDMME en el desarrollo de diferentes proyectos europeos ha promovido que AIDIMME sea uno de los referentes en la materia, experiencia que está siendo utilizada en la actualidad para ayudar a empresas industriales a implantar con éxito tecnologías de Fabricacion aditiva.
Proyectos de I+D relevantes en FA: BIOMETAL, FUTURALVE, ULTRALIGERO, NANOTUN3D, TITAN, CUSTODIAN, CEFAM,3DSOSTENIBLE y ESTRATOS. AIDIMME ha sido distinguido como “Centro de Excelencia Cervera” en relación con fabricación aditiva como parte del “Programa estratégico para la capacitación de excelencia en la fabricación aditiva de materiales metálicos (CEFAM)”
Sobre FIHGUV
La Fundación de Investigación del Hospital General Universitario de Valencia (FIHGUV) es una entidad sin ánimo de lucro que, desde 1999, realiza investigación biomédica y clínica multidisciplinar empleando tecnología puntera y colaborando con diferentes agentes del sistema de innovación con prestigio regional, nacional e internacional. La Fundación gestiona la investigación del Consorcio Hospital General Universitario de Valencia y de su departamento de salud, siempre orientada en la consecución de sus objetivos de promoción, impulso y desarrollo de una investigación científica, sanitaria y biomédica.
Sus instalaciones disponen de varios laboratorios dotados con la tecnología necesaria para dar soporte a proyectos de investigación de máxima relevancia y fomentar nuevas fórmulas con las que mejorar los procesos médicos y quirúrgicos. Así mismo, dispone de una Unidad de Investigación Clínica, una Unidad Científica de Innovación Empresarial financiada por la AVI y un Centro de Simulación para el entrenamiento de los profesionales, así como de un plató de televisión para mejorar la difusión de la ciencia e innovación realizada por los investigadores y profesionales de la medicina. Con 35 grupos de investigación, ha publicado más de 1500 artículos, 50 capítulos de libro y 13 libros, registrando 18 patentes y recibiendo 22 premios. En 2022, logró financiación para 54 proyectos competitivos, un aumento del 12.5% respecto a 2021. En innovación, la FIHGUV ha liderado proyectos innovadores, como la primera Cátedra de Cirugía Robótica en España y colaboraciones con ITT y universidades. La Fundación también acoge diversas estructuras de excelencia como grupos de investigación pertenecientes al CIBER (CIBER-ONC y CIBER OBN) y la nueva Plataforma de Biomodelos y Biobancos (SAIBSAL) del Instituto de Salud Carlos III.
Sobre Meltio
Meltio lleva la fabricación aditiva metálica al siguiente nivel desarrollando y fabricando soluciones de impresión 3D metálica de alto rendimiento, asequibles y fáciles de usar mediante la tecnología de deposición metálica por láser de hilo (LMD). La misión de la empresa es deleitar a clientes, socios y empleados siendo pioneros en el desarrollo de sistemas de impresión 3D de metal asequibles que sean fiables, seguros y potentes, reforzando continuamente su condición de disruptores. Meltio está revolucionando la forma de fabricar y reparar piezas metálicas consiguiendo resultados muy fiables y piezas extraordinariamente densas con nuestra tecnología de fabricación aditiva. Industrias como la automoción, aeroespacial, petróleo y gas, minería, centros de investigación, universidades y otras en más de 60 países ya disfrutan de las soluciones de Meltio. Meltio, con sede en Linares (España), desarrolla y fabrica productos disruptivos de alta calidad dirigidos a clientes finales industriales de alto perfil y a organizaciones de I+D, como universidades y empresas orientadas a la investigación. La cartera actual de soluciones metálicas incluye la nueva impresora 3D metálica Meltio M600 más potente y con láseres azules, la impresora 3D metálica Meltio M450, la integración CNC Meltio Engine, que convierte prácticamente cualquier máquina CNC en un potente centro de fabricación híbrido, y la integración robótica Meltio Engine, que es la plataforma perfecta para la impresión 3D de gran tamaño y complejidad, la reparación, el revestimiento y la adición de características. Otra de las soluciones industriales que ofrece la multinacional española es la Meltio Robot Cell, una célula robótica cerrada y segura que incluye un brazo robótico estándar de ABB para poder imprimir en 3D piezas metálicas más grandes y de mayor volumen en diferentes materiales metálicos.
Sobre USAL
En la Universidad de Salamanca (USAL), se está desarrollando junto AIDIMME y MELTIO un gemelo digital del nuevo prototipo de impresión 3D de titanio con tecnología de hilo de soldadura por láser y estudiando el nanoestructurado mediante láser de pulsos ultracortos para la mejora de los implantes biomédicos.
ATILA – ADDITIVE IMPLANTS
Número de proyecto: 22200092
Expediente: PLEC2022-009392
Duración: Del 01/10/2022 al 01/09/2025
Coordinado en AIDIMME por: BLASCO PUCHADES, JOSÉ RAMÓN
Línea de I+D: FABRICACIÓN ADITIVA
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