ISSN 2594-5327
79º Congresso Anual da ABM - Internacional — Vol. 79 , num. 79 (2026)
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Resumo
Metamateriais baseados em superfícies mínimas triplamente periódicas (TPMS) têm sido estudados para replicar propriedades biomecânicas ósseas, impulsionados pela manufatura aditiva (MA), capaz de produzir geometrias porosas complexas que favorecem os processos de osteocondução e osteoindução, além de reduzir o stress shielding. Este trabalho investigou metamateriais TPMS em liga Ti6Al4V por meio de simulação computacional via método dos elementos finitos (MEF) e validação experimental. Corpos de prova (CPs) foram projetados com geometria giróide e poros de 300, 400, 500 e 600 μm, dimensões associadas à colonização celular (300 μm) e vascularização (600 μm). A modelagem foi realizada no software MSLattice e, para simulações MEF, CPs de 500 μm foram importados no COMSOL Multiphysics. As propriedades da liga Ti6Al4V foram consideradas e o comportamento plástico foi descrito pelo modelo não linear Hockett–Sherby, calibrado a partir dos ensaios de tração e compressão dos CPs impressos em 3D. Os resultados mostraram que os metamateriais foram fabricados com alta precisão dimensional e que o modelo MEF reproduziu com excelente fidelidade o comportamento não linear observado experimentalmente, capturando padrões de tensões e deformações. Conclui-se que a abordagem numérica validada possui grande potencial para estudar dispositivos implantáveis porosos aplicados à engenharia de tecidos ósseos.
Triply periodic minimal surface (TPMS) metamaterials have been investigated to replicate bone biomechanical properties, driven by metallic additive manufacturing (AM), which enables complex porous geometries that promote osteoconduction, osteoinduction, and reduce stress shielding. This study examined TPMS metamaterials in Ti6Al4V alloy through finite element method (FEM) simulations and experimental validation. Specimens were designed with gyroid geometry and pore sizes of 300, 400, 500, and 600 μm, dimensions linked to cell colonization (300 μm) and vascularization (600 μm). Modeling was performed using MSLattice, and FEM simulations were conducted in COMSOL Multiphysics with 500 μm specimens of square cross-section. Ti6Al4V properties were considered, and plastic behavior was described using the nonlinear Hockett–Sherby model, calibrated from tensile and compression tests on 3D-printed specimens. Results demonstrated successful fabrication with high dimensional accuracy, while FEM simulations reproduced the nonlinear experimental response with excellent fidelity, capturing stress and strain distributions. The validated numerical approach highlights significant potential for studying porous implantable devices in bone tissue engineering.
Palavras-chave
Manufatura Aditiva Metálica, Metamateriais, Elementos Finitos, Validação Experimental
Additive Manufacturing, Metamaterials, Finite Elements, Experimental Validation
Como citar
O’Connor, Joan; Santos, Cláudio Teodoro dos; Fernandes, Wellington Gilbert; Lima, Diego Ferreira de; Borges, Lavinia M. Sanabio Alves; Caminha, Ieda Maria Vieira; Monteiro, Maurício de Jesus.
Metamateriais fabricados por manufatura aditiva metálica em liga de titânio Ti6Al4V, Simulação por elementos finitos e validação experimental,
p. 3115-3125.
In: 79º Congresso Anual da ABM - Internacional,
São Paulo, SP - Brasil,
2026.
ISSN: 2594-5327, DOI 10.5151/2594-5327-44066
