Introducción/objetivos: La impresión en tres dimensiones (3D) y el ácido poliláctico (PLA) han despertado el interés en el ámbito médico gracias a su versatilidad. Las impresoras 3D pueden reproducir con precisión la microarquitectura del objeto diseñado y al PLA tiene un comportamiento mecánico similar al hueso, por lo que esta tecnología parece ser prometedora para el tratamiento personalizado de defectos óseos. Este estudio analiza los cambios sufridos de los objetos diseñados tras los procesos de impresión y esterilización, así como su comportamiento ante fuerzas de compresión antes y después de ser sometido a esterilización por autoclave.
Métodos: Se diseñaron matrices de PLA con tres tamaños de poro distintos y se imprimieron en 3D. La mitad de ellas se esterilizaron mediante autoclave. Se midieron las dimensiones en los tres ejes tanto del conjunto de matrices esterilizadas como de las no esterilizadas. Se evaluaron las propiedades mecánicas de las matrices frente a fuerzas de compresión en distintas orientaciones.
Resultados: En las matrices esterilizadas se observó una disminución de las dimensiones de los ejes X e Y, así como del volumen; mientras que el eje Z aumentó respecto a las no esterilizadas. Ante fuerzas de compresión, se observó que en las matrices no esterilizadas el fracaso era más elástico en el eje Z, fracasando por acumulación de capas, pero sin caídas bruscas en la resistencia mientras que en las matrices esterilizadas se observaron caídas bruscas del soporte de carga. En los ejes X e Y el fracaso se produjo de forma brusca por disociación entre capas. El colapso del soporte mecánico fue más brusco en las matrices esterilizadas.
Conclusiones: la impresión 3D permite realizar modelos personalizados fieles al diseño, con desviaciones menores al 1% de las dimensiones. La esterilización por autoclave reduce moderadamente las dimensiones de los ejes X e Y (-4,7%), y las incrementa en el eje Z (+5,3%), produciendo una disminución del volumen total (-4,4%), más notable en matrices con poros grandes (-6%), lo que se deberá tener en cuenta para para compensar estas alteraciones en el diseño.
El autoclave aumenta la rigidez y fragilidad de las matrices de PLA, pero a ello, las matrices esterilizadas resisten compresiones medias de 320 MPa frente a 380 MPa que soportan las no esterilizadas. En el futuro, la generación de aleaciones podría mejorar la resistencia a la compresión del PLA.
Introduction: Three-dimensional (3D) printing and polylactic acid (PLA) have attacted considerable interest in the medical field thanks to their versatility. 3D printers can reproduce the microarchitecture of the designed objects and PLA has mechanical properties similar to bone. This makes the technology highly promising for personalized treatment of bone defects. In this article explores the changes to the designed object suffers after the printing, sterilization, and its behavior when subjected to compression forces before and after autoclave sterilization.
Methods: PLA scaffolds with 3 different pore sizes were designed and 3D-printed. Half of these were autoclaved. Dimensions in all three axes were measured on sterilized and unsterilized sets of scaffolds. Then, their compressive mechanical properties were assessed in different orientations.
Results: A decrease in the dimensions of the X and Y axes, as well as in the volumen, was observed in the sterilized scaffolds, while the dimensions in the Z axis increased compared to the non-sterilized ones. In the compression study, it was observed that in the non-sterilized scaffolds failed more elastically in the Z axis, with failure ocurring by accumulation of layers, but without abrupt drops in resistance. In contrast, sudden drops in load-bearing capability were observed in the sterilized scaffolds. In the X and Y axes, the scaffolds failed due to dissociation between layers. The collapse of the mechanical support was more pronounced in the sterilized scaffolds.
Discussion: According to the results of this study, 3D printing enables the production of customized models that adhere closely to the design, with dimensional deviations of less than 1%. However, autoclave sterilization reduces the dimensions of the X and Y axes (-4.4%) and increases those of the Z axis (+5.1%). This results in a decrease in total volume (-4.2%), which is more noticeable in scaffolds with larger pores (-6.6%). These alterations should be taken into account when designing to compensate them. Despite being stiffened and weakened by the autoclave, PLA scaffolds withstand an average compression of 320 MPa, compared to 380 MPa for unsterilized scaffolds. In the future, alloys could improve the compressive strength of PLA.
